Post on 06-Feb-2018
Laporan Tugas Akhir Analisis Linier dan Non Linier Struktur Anjungan Lepas Pantai Akibat Subsidence
Akhmad Rafiudin – 15004060 Harry Firmansyah – 15004096 3‐1
BAB 3 METODE ANALISIS
3.1 ANALISIS LINIER STATIK
Analisis linier statik dilakukan dengan menghitung rasio tegangan sebelum dan
sesudah terjadi penurunan. Stuktur akan berperilaku linier, jika leleh pertama
tidak terlampaui. Pada program SACS, kondisi dimana rasio tegangan lebih besar
daripada 1.0, ini berarti member atau join pada analisis melebihi kondisi linier
sehingga perlu dilakukan analisis non-linier untuk mengetahui perilaku struktur
platform.
3.1.1 Program Komputer SACS
Gambar 3. 1 Bidang cakupan anjungan lepas pantai
Laporan Tugas Akhir Analisis Linier dan Non Linier Struktur Anjungan Lepas Pantai Akibat Subsidence
Akhmad Rafiudin – 15004060 Harry Firmansyah – 15004096 3‐2
Sistem SACS memiliki banyak analisis struktur statis dan dinamik seperti
transportasianjungan lepas pantai dan kemampuan instalasi yang terdiri dari
banyak modul program yang sepenuhnya terhubung satu sama lain. Berikut ini
adalah daftar program SACS dengan beberapa kemampuannya.
a. Precede
Pemodelan dengan grafik berwarna layar penuh
• Kemampuan kreasi model termasuk geometri, material, properti member,
dan pembebanan.
• Deteksi error input secara otomatis.
• Pemodelan beam atau elemen terbatas termasuk elemen pelat dan dinding.
• Pembentukan jacket dan deck anjungan lepas pantai secara otomatis.
• Pembentukan kurva kartesian, silinder, dan bola.
• Pembuatan pembebanan secara otomatis termasuk gravitasi, tekanan, dan
pembebanan peralatan skid.
• Kemamupuan kreasi data seastate.
• Kemampuan perencanaan dan pelaporan secara luas.
• Pembuatan parameter pemeriksaan kode termasuk K-faktor dan tekanan
panjang flens tanpa pengaku.
b. Generator data
Menghasilkan data untuk semua program
• Editor layar penuh dengan label dan hal-hal pokok serta tersedia
pertolongan untuk input data.
• Tersedia form untuk input data dalam mode layar penuh.
c. Seastate
Generator beban lingkungan
• Implementasi penuh API 20th edition.
• Mendukung teori gelombang Stokes orde ke-5.
• Meliputi dan tidak meliputi arus.
Laporan Tugas Akhir Analisis Linier dan Non Linier Struktur Anjungan Lepas Pantai Akibat Subsidence
Akhmad Rafiudin – 15004060 Harry Firmansyah – 15004096 3‐3
• Mengubah beban menjadi angin, gravitasi, gaya apung, dan aliran lumpur.
• Marine growth, member terisi air dan tidak tersisi air
• Diameter, angka Reynolds dan efek penemuan gelombang yang tergantung
pada koefisian drag dan koefisien inersia.
• Gelombang yang ditentukan sendiri oleh pengguna.
• Gaya pada badan bukan struktur.
• Penempatan gelombang secara otomatis untuk maksimum atau minimum
geser atau momen.
• Pemodelan gelombang tertentu dan acak untuk respon dinamik.
• Pemodelan member hidrodinamis untuk pemodelan analisis statis dan
dinamik.
d. SACS IV
Analisis statis beam dan elemen terbatas
• Elemen balok termasuk tubular, bola, flens lebar, channels, angels, cones,
plat dan box girder serta silinder dan persegi yang diperkaku.
• Elemen kokoh dan pelat (isotropik dan diperkaku).
• Elemen shell isoparametrik node 6,8, dan 9.
• Kumpulan penampang AISC, Inggris, Eropa, Jerman, Cina , dan Jepang.
• Offset lokal dan global member, plat, dan shell.
• Beban temperatur elemen hingga dan balok.
• Penetapan support elastis dalam sistem koordinat joint acuan atau global.
• Defleksi joint support tertentu.
• Terdiri dari 400 load case.
e. PSI
Interasksi struktur dan pile, serta tanah dengan perilaku non-linier
• Meliputi efek balok kolom.
• Pile tidak seragam.
• Kurva P-Y dan T-Z, adesi aksial dan spring tanah .
Laporan Tugas Akhir Analisis Linier dan Non Linier Struktur Anjungan Lepas Pantai Akibat Subsidence
Akhmad Rafiudin – 15004060 Harry Firmansyah – 15004096 3‐4
• API P-Y, T-Z, skin friction dan data adesi yang diambil dari properti tanah
sesuai API 10th -20th.
• Perubahan kuvra P-Y untuk perubahan elevasi tanah.
• Penampilan secara grafik data tanah dan hasilnya termasuk tegangan,
kurva P-Y dan T-Z.
• Super elemen pile.
f. Postvue
Grafik post-processor
• Pemeriksaan kode standar dan desain ulang.
• Tampilan diagram momen dan lintang.
• Tampilan bentuk defleksi dari analisis statik dan dinamik.
• Pengeplotan warna perhitungan tegangan pelat.
• Kendali pengguna terhadap semua kode standar.
• Pemeriksaan standar dan desain ulang elemen individu maupun grup.
• Mendukung kode standar yang sama dengan modul post.
• Kemampuan tambahan pelaporan dan pengeplotan.
• Hasil dengan kode warna dan pengepolan unity check.
• Membuat input model file terbaru untuk dianalissi ulang.
• Label rasio UC, gaya dan tegangan elemen.
g. Respon Gelombang
Respon gelombang dinamik
• Gelomban sembarang dan pasti.
• Pierson-Muscovite, JONSWAP, Ochi-Hubble dan spektra dari pengguna.
• Struktur fluida kecepatan dan percepatan relatif dihitung.
• Meliputi beban apung dinamik.
• Redaman fluida non-linier dan percepatan modal.
• Bentuk respon steady state tertutup pada daerah frekuensi.
Laporan Tugas Akhir Analisis Linier dan Non Linier Struktur Anjungan Lepas Pantai Akibat Subsidence
Akhmad Rafiudin – 15004060 Harry Firmansyah – 15004096 3‐5
• Pengeplotan fungsi tegangan, beban internal, geser, dan pemindahan
momen.
• Pasangan dengan program fatigue.
• Respon dinamik elastik dari struktur terapung.
• Input dan output densitas kekuatan spektra dengan distribusi probabilitas.
h. Program utama SACS
Garis besar untuk kumpulan program
• Mengendalikan dan menghubungkan semua elemen sistem SACS.
• Menjalankan semua program SACS .
• Eksekusi analisis kumpulan program.
• Membolehkan akses ke semua pengaturan konfigurasi sistem SACS
termasuk sistem lokasi penyimpanan file dan pengaturan kunci keamanan .
• Meliputi perintah pertolongan dan tombol tenaga untuk eksekusi tugas
paling umum.
3.2 ANALISIS NON-LINIER STATIK
3.2.1 Program Komputer USFOS
Program yang digunakan untuk analisis pushover adalah USFOS. USFOS
merupakan program komputer untuk analisis keruntuhan yang bertahap pada
sturktur anjungan lepas pantai yang dikembangkan oleh SINTEF (The Foundation
for Scientific and Industrial Research at The Norwegian Institute of Technology).
USFOS adalah program elemen hingga untuk analisis non-linier statik dan
dinamik pada struktur rangka. USFOS dapat menampilkan beban-beban luar,
seperti beban impak atau beban temperatur.
Laporan Tugas Akhir Analisis Linier dan Non Linier Struktur Anjungan Lepas Pantai Akibat Subsidence
Akhmad Rafiudin – 15004060 Harry Firmansyah – 15004096 3‐6
Program ini khusus dikembangkan untuk analisis struktur rangka 3D yang
bertahap.
o Filosofi dasar pada USFOS adalah untuk menggunakan data untuk analisis
elemen hingga yang masih sangat kasar, namun masih bisa didapatkan
hasil yang akurat dan dapat diandalkan.USFOS hanya memerlukan satu
elemen hingga untuk tiap elemen fisik pada struktur. Modal struktur pada
analisis linier bisa digunakan dalam analisis non-linier USFOS.
o USFOS beroperasi pada resultan tegangan elemen, contohnya gaya-gaya
dan momen. Material non-linier dimodelkan dengan sendi plastis pada
tengah bentang dan ujung elemen.
o Formula dasar elemen dari USFOS berdasarkan pada solusi pasti dari
persamaan diferensial untuk gaya diujung balok.
o Konsep dasar USFOS
o Efek dari perpindahan yang besar dan gabungan antara defleksi lateral dan
regangan aksial dijadikan input dengan relasi regangan (green strain)
daripada dengan regangan linier konvensional (engineering strain). Hal ini
memberikan hasil perilaku elemen yang sangat akurat termasuk efek
membran dan kolom buckling.
o Matrik kekakuan tangensial diambil dari perilaku konsisten dari prinsip
energi. Hal ini menjaga agar persamaan tetap simetris dan mengijinkan
penggunaan penyelesaian persamaan batas yang efisien.
o Matrik kekakuan tangensial dihitung dalam nilai mutlak, tanpa integrasi
numerik pada penampang elemen atau panjang elemen. Hal ini
memberikan formula yang efisien sehingga dapat mengoptimalkan
penggunaan waktu.
o Model material dilakukan untuk perilaku linier plastis sempurna dan
karakteristik plastisifikasi – strain hardening. Tegangan leleh dan kapasitas
plastis diwakilkan oleh permukaan leleh yang berdasarkan pada interaksi
plastis antar gaya elemen.
Laporan Tugas Akhir Analisis Linier dan Non Linier Struktur Anjungan Lepas Pantai Akibat Subsidence
Akhmad Rafiudin – 15004060 Harry Firmansyah – 15004096 3‐7
o Saat sendi plastis diberikan, matriks kekakuan tangensial dimodifikasi
tergantung pada plastisitas pada permukaan leleh, kecuali elemen
unloading dan kembali ke kondisi linier.
o Penambahan beban dilakukan secara bertahap. Ukuran dari penambahan
beban tersebut bervariasi tergantung pada jalur deformasi, contohnya jarak
yang besar pada rentang linier dan jarak yang kecil dengan peningkatan
perilaku non-linier.
o Jika beberapa gaya pada penampang elemen melebihi permukaan leleh,
pena, penambahan beban diskalakan untuk membuat gaya-gaya mengikuti
permukaan leleh.
o Penambahan gaya dikembalikan jika terdeteksi ketidakstabilan.
o Efek deformasi awal diikutsertakan untuk elemen balok.
o Efek lokal buckling penampang persegi panjang diikutsertakan. Kapasitas
plastis penampang dikurangi sebagaimana bentuk penampang diperoleh
kembali selama rotasi sendi plastis.
o Efek distorsi lateral, peyot lokal dan lokal buckling dianalisis untuk
member tubular. Permukaan leleh plastis dari penampang yang rusak
dimodifikasi berdasarkan ukuran dan orientasi kerusakan. Tidak ada
pemodelan elemen hingga untuk kerusakan member yang dibutuhkan.
o Meliputi efek fleksibilitas lokal joint tubular. Analisis shell lengkap untuk
tiap joint yang dipilih dimasukkan dalam analisis. Properti joint pada
shelldihitung dengan USFOS dan ditunjukkan pada modal elemen hingga.
Tidaidak ada pemodelan manual elemen hingga yang dibutuhkan.
o Pemeriksaan kapasitas joint dan perilaku joint plastis diimplementasikan
berdasarkan peraturan API dan DoE. Tambahan lagi, pengguna bisa
menentukan kedua kapasitas tiap sambungang bracing dan kapasitas
permukaan.
o Kriteria retak diimplementasikan berdasarkan level 3 kriteria CTOD, dapat
diaplikasikan untuk deformasi besar. Sebagai tambahan, sangat
memungkinkan untuk menentukan sebuah elemen menjadi retak setelah
dijalankan ulang.
Laporan Tugas Akhir Analisis Linier dan Non Linier Struktur Anjungan Lepas Pantai Akibat Subsidence
Akhmad Rafiudin – 15004060 Harry Firmansyah – 15004096 3‐8
o Member yang putus dan distribusi ulang gaya dari pemutusan elemn
diintegrasikan dalam prosedur analisis.
o Sebuah algoritma terintegrasi untuk analisis tumbukan kapal
diimplementasikan dan dihitung untuk:
o Deformasi lokal dinding tube pada titik tumbukan
o Deformasi balok pada member yang tertumbuk
o Deformasi global platform
o Gaya impak dihitung dengan program dan ditambahkan hingga
energi tumbukan penuh terdisipasi. Gaya impak dilakukan
unloading dan gaya serta deformasi tetap disimpan untuk analisis
kekuatan sisa berikutnya.
o Elemen plat dengan 4 node tersedia untuk pemodelan pada kekakuan deck
in-plane.
o Elemen pasif tersedia untuk pemodelan beban merata pada komponen
yang tidak berkontribusi pada beban yang membawa kapasitas struktur.
Elemen tersebut tidak diikutsertakan dalam proses tiap langkah solusi.
o Mengulangi analisis yang terdahulu mungkin terjadi pada tiap tahap
pembebanan. Hal ini memudahkan kendali terhadap analisis non-linier dan
untuk menyesuaikan beban tertentu pada karakteristik non-linier struktur.
o Sangat memungkinkan untuk menekan kontribusi tiap elemen USFOS
hingga load case yang diinginkan tercapai. Elemen tersebut kemudian
dapat diaktifkan dan akan berkontribusi pada kekakuan global.
o Efek tekanan hidrostatik luar pada penampang tubular dengan kapasitas
plastis dihitung.
o Bagian-bagian sistem struktur yang berperilaku linier sepernuhnya bisa
dimodelkan dengan menggunakan pembuatan awal pengurangan matriks
kekakuan super elemen dengan angka yang ditentukan dari node.
o Analisis nilai eigen dapat dilakukan untuk menghitung mode linier dan
buckling pada statik case begitu juga dengan frekuensi vibrasi dan mode
vibrasi untuk dinamik case. Hasilnya divisualisasikan dengan presentasi
modul grafik XFOS.
Laporan Tugas Akhir Analisis Linier dan Non Linier Struktur Anjungan Lepas Pantai Akibat Subsidence
Akhmad Rafiudin – 15004060 Harry Firmansyah – 15004096 3‐9
o Daerah waktu non-linier analisis dinamik akan dilakukan dengan referensi
khusus untuk masalah tambukan kapal dinamik. Formulanya termasuk
massa struktur, massa dengan penambahan hidrodinamik , dan redaman
struktur. Integrasi waktu numerik berdasarkan pada metode HHT-alfa
termasuk redaman numerik yang berfrekuensi tinggi.
3.3 MODEL ANALITIK
Model analitik yang digunakan pada anjungan lepas pantai pada beberapa hal
mirip dengan yang diadopsi dari berbagai tipe struktur baja. Hanya ciri-ciri yang
menonjol dari model anjungan lepas pantai yang ditampilkan disini.
Model yang sama digunakan melalui proses analisis dengan hanya penyesuaian
minor yang dilakukan untuk memenuhi kondisi khusus, misalnya bantuan khusus
yang berhubungan dengan tiap analisis. Model tersebut terdiri dari beberapa
bagian. Model yang menempel (elemn balok yang dipasang pada rangka batang)
digunakan secra luas untuk struktur tubular (jacket, jembatan, flare boom) dan
rangka batang (deck).
3.3.1 Joint
Pada analisis ini, modul pemeriksaan kapasitas joint digunakan. Bergantung pada
geometri joint, kapasitas sambungan bracing kurang dari kapasitas bracing. Hal
ini berarti bracing tersebut tidak dapt digunakan 100%. Pada model joint
konvensional, batas transfer beban melewati permukaan sambungan diabaikan.
Pengguna menentukan node dimana kapasitas joint tubular harus
dipertimbangkan. Program selanjutnya akan menghitung geometri joint tubular
dan menunjukkan elemen tambahan, titik nodal, node dan material pada model
elemen hingga.
Laporan Tugas Akhir Analisis Linier dan Non Linier Struktur Anjungan Lepas Pantai Akibat Subsidence
Akhmad Rafiudin – 15004060 Harry Firmansyah – 15004096 3‐10
Properti material diatur sama dengan properti sambungan sebenarnya, namun
penguatan tidak diijinkan. Model elemen dikembangkan dari teori shell yang
dihubungkan dengan elemen balok menggunakan transformasi Navier. Transisi
elemen mengatur properti joint pada shell dan membuat analisis shell terintegrasi
mungkin terjadi.
Teknik tersebut menentukan titik tempat terjadinya tegangan begitu juga distribusi
tegangan dengan akurasi yang baik (dari perbandingan dengan analisis
menggunakan model elemen hingga shell).
Kapasitas dihitung berdasarkan API. Gambar 3.2 (a) menunjukan input model
elemen hingga pada joint tubular oleh pengguna, sedangkan gambar 3.2(b)
menunjukkan input model yang dimodifikasi.
Penomoran node dan elemen tambahan mengikuti aturan yang diilustrasikan pada
gambar 3.3.
Gambar 3. 2 (a) Model joint konvensional, (b) Joint dengan pemeriksaan kapasitas
Laporan Tugas Akhir Analisis Linier dan Non Linier Struktur Anjungan Lepas Pantai Akibat Subsidence
Akhmad Rafiudin – 15004060 Harry Firmansyah – 15004096 3‐11
Gambar 3. 3 Penomoran elemen tambahan (oleh program)
Jika keakuratan lebih dibutuhkan, peninjauan khusus model vibrasi natural dan
fleksibilitas lokal sambungan mungkin diwakilkan oleh matriks kekakuan joint.
Model utama harus dihitung untuk eksentrisitas dan penulangan lokal pada joint.
Model yang tipikal yaitu jacket di Laut Utara yang memiliki 800 node dan 4000
member.
3.3.2 Member
Elemen model yang tersedia dalam USFOS yang digunakan untuk diskrestisasi
struktur jacket adalah elemen balok kolom tiga dimensi. Dalam Elemen model
tersebut sudah termasuk didalamnya non linieritas material dan geometri.
Geometri Non Linieriti (Second order effect dari perpindahan) dipertimbangkan
dengan menyertakan orde ke-2 regangan di dalam suatu elemen sementara
pengaruh global diambil dengan memperbaharui koordinat node-nodenya.
Kemudian, formulasi Total Lagrangian diperhitungkan dalam elemen level.
Bagaimanapun, program tidak memperhitungkan Lagrangian total ketika referensi
sumbu x elemen diperbaharui mengikuti deformasi. Fornulasi dibelakang program
ini dapat digunakan untuk perpindahan yang besar, namun terbatas untuk
perpindahan kecil.
Laporan Tugas Akhir Analisis Linier dan Non Linier Struktur Anjungan Lepas Pantai Akibat Subsidence
Akhmad Rafiudin – 15004060 Harry Firmansyah – 15004096 3‐12
Program ini menyediakan interaksi permukaan dari 3 tipe elemen, Pipa, Profil
IWF, dan kotak / boks. Diskretisasi finite elemen sangat mirip dengan
pendiskretisasian dari program SACS kecuali yang disebutkan dalam konversi
masukan file. Sketsa dari dari pendiskretisasian finite elemen dapat dilihat pada
gambar
3.3.3 Model Pondasi
Karena perilaku non-linier, pondasi sering dianalisis terpisah dari model struktur.
Pondasi diwakilkan oleh beban ekivalen yang bergantung pada matriks kekakuan
secan. Koefisien ditentukan dengan proses dimana gaya dan perpindahan pada
batas umum model struktur dan pondasi dihitung.
Matriks ini mungkin disesuaikan dengan reaksi rata-rata yang cocok dengan
masing-masing kondisi beban.
3.4 PEMBEBANAN
3.4.1 Beban Gravitasi
Beban gravitasi meliputi :
1. Berat sendiri struktur dan peralatan.
2. Beban hidup (peralatan, fluida, dan manusia).
Bergantung pada wilayah struktur di bawah penelitian, beban hidup harus
diposisikan pada titik yang menghasilkan konfigurasi paling berat (tekan dan
tarik). Hal ini mungkin muncul misalnya saat peletakan drilling rig.
3.4.2 Beban Lingkungan
Beban lingkungan terdiri dari gelombang, arus, dan angin yang diasumsikan
beraksi pada arah yang sama.
Laporan Tugas Akhir Analisis Linier dan Non Linier Struktur Anjungan Lepas Pantai Akibat Subsidence
Akhmad Rafiudin – 15004060 Harry Firmansyah – 15004096 3‐13
Pada umumnya, kejadian delapan gelombang dipilih dimana masing-masing
posisi puncak relatif pada platform harus ditentukan sehingga momen dan geser
maksimum dapat dihasilkan pada mud-line.
3.5 LANGKAH-LANGKAH ANALISIS
Analisis non-linier statik dilakukan dalam dua tahap. Tahap pertama, beban
gravitasi diberikan pada struktur dan respon akibat gravitasi dihitung. Penyusunan
rangka belum berkontribusi pada sistem kekakuan. Pada tahap ini, kekakuan
struktur tetap linier.
Tahap kedua, beban lingkungan diberikan pada struktur. Penyusunan rangka
diaktifkan (berkontribusi dalam sistem kekakuan). Pola beban mewakili beban
lingkungan diberikan bertahap. Untuk tiap langkah, kekakuan struktur berkumpul
dan penambahan perpindahan global dihitung. Penambahan elemen gaya dihitung
dengan menggunakan kekakuan matriks tangensial dan penambahan perpindahan
elemen. Pada setiap tingkat, sendi plastis diberikan pada elemen pada posisi
dimana kapasitas telah dicapai. Matriks kekakuan modifikasi yang dihitung untuk
sendi plastis dihitung dan prosesnya berlanjut pada tahap beban berikutnya.
Penampang yang telah mencapai kapasitas plastis tetap berada pada kondisi
plastis, permukaan interaksi berpindah secara tangensial ke permukaan ini. Beban
gelombang bertambah bertahap hingga beban lingkungan ekstrem didapat.
Beban Mati dan Hidup(Faktor beban 1.1)
Beban LingkunganKondisi Storm
Diberikan
Diberikan sampai struktur runtuh
Gambar 3. 4 Rangkaian pembebanan untuk analisis tegangan sisa akibat beban lingkungan