bab 3 metode analisis - · pdf fileanalisis shell lengkap untuk ... o deformasi lokal dinding...

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



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.



• 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 .



• 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.



• 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.



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.



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.



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.



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.



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



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.



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.



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

bab 3 metode analisis - · pdf fileanalisis shell lengkap untuk ... o deformasi lokal dinding...

Documents