05 Bab 5 Analisa Fatigue - Perpustakaan Digital ITB · Laporan Tugas Akhir - Analisa Struktur...

Laporan Tugas Akhir - Analisa Struktur Anjungan Lepas Pantai Tipe Tetap Jenis Tripod di Selat Makassar 5-1

Bab

5

5 Analisa Fatigue

5.1 Definisi

Struktur baja yang mengalami fluktuasi tegangan dalam jumlah yang banyak dapat

mengalami retak bahkan pada tegangan yang kecil. Fluktuasi tegangan disebabkan oleh

beban lingkungan seperti angin dan gelombang, atau getaran dari mesin. Retak kecil dapat

berkembang menjadi lebih besar dan dapat mengakibatkan kerusakan struktur. Retak kecil

tersebut diantaranya diakibatkan oleh cacat pada bahan, titik dari ketidakhomogenan lokal,

dan titik perubahan drastis dari geometri struktur. Struktur yang menggunakan sambungan

las juga rentan terhadap fatigue sehingga memerlukan pengawasan yang kontinu.

Berdasarkan API RP2A 21st edition section 5, pada analisis fatigue struktur dimodelkan

sebagai space frame untuk mendapatkan respon struktur berupa tegangan nominal member

untuk gaya gelombang yang bekerja. Analisis fatigue mengabaikan perhitungan arus

sehingga apparent wave period dan current blockage factor tidak digunakan. Digunakan nilai

wave cinematic factor 1,0 dan conductor shielding factor 1,0 untuk gelombang fatigue. Nilai

koefisien inersia (Cm) dan koefisien seret (Cd) bergantung pada level sea state sesuai

parameter Keulegan-Carpenter. Untuk gelombang kecil, dapat digunakan nilai Cm = 2,0 , Cd

= 0,8 untuk member kasar dan Cd = 0,50 untuk member halus ( smooth ). Usia desain

fatigue untuk join dan member sebaiknya minimum dua kali usia layan yang diharapkan (SF

= 2,0).


Data gelombang sebaiknya diperoleh dengan mengumpulkan data sea states yang

diharapkan pada jangka waktu yang cukup panjang. Data tersebut pada akhirnya akan

diolah menjadi spektra energi gelombang dan parameter fisik bersama dengan frekuensi

kejadian. Dengan melakukan analisis fatigue, kita dapat menentukan sisa masa layan dari

sambungan las elemen silinder sebuah struktur. Terdapat beberapa parameter yang

berhubungan dengan analisis fatigue. Parameter tersebut akan dijelaskan pada bagian

berikut.

5.1.1 Kurva S-N

Kurva S-N adalah karakteristik fatigue yang umum digunakan dari suatu bahan yang

mengalami tegangan berulang dengan besar yang sama. Kurva tersebut diperoleh dari tes

spesimen baja yang diberi beban berulang dengan jumlah N siklus sampai terjadi kegagalan.

Besarnya N berbanding terbalik dengan rentang tegangan S ( tegangan maksimum –

tegangan minimum ). Kurva ini menyediakan informasi karakteristik fatigue dengan

amplitudo pembebanan konstan. Kurva S-N yang digunakan berdasarkan API RP2A 21st

edition (WSD) section 5.4. ditunjukkan pada gambar berikut :

Gambar 5.1 Kurva S-N berdasarkan API RP2A 21st edition.

Secara matematis, persamaan kurva dapat dituliskan sebagai berikut :


m

ref

N−

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

ΔΔ

×=σ

σ6102 ( 5.1 )

dengan :

N : banyaknya siklus beban sampai member mengalami kegagalan.

Δσ : rentang tegangan (tegangan maksimum – tegangan minimum )

Δσref : rentang tegangan pada siklus sebanyak 2 x 106 kali.

Kurva X dapat digunakan untuk profil las terkontrol dan memiliki ketebalan cabang

sambungan kurang dari 25 mm. Untuk profil las terkontrol yang sama tetapi ketebalannya

lebih besar, perlu menggunaan koreksi efek skala. Kurva X’ dapat digunakan untuk profil las

tanpa kontrol, tetapi sesuai dengan profil dasar standar pelat ( ANSI/AWS ) dan memiliki

ketebalan cabang sambungan kurang dari 16 mm. Untuk profil pelat yang sama tetapi

ketebalannya lebih besar, perlu menggunakan koreksi efek skala. Adapun rumus koreksi efek

skala diberikan sebagai berikut :

25,0−

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

=o

o ttS

( 5.2)

dengan :

So : tegangan izin dari kurva S-N

t : ketebalan member cabang

to : ketebalan batas cabang

Untuk member yang berada dibawah permukaan air laut dan terdapat perlindungan katodik

serta amplitudo yang konstan, batas ketahanan terhadap fatigue (endurance limit) terjadi

sampai 2 x 108 siklus. Sambungan didaerah splash zone dapat diabaikan pada perhitungan

fatigue karena beban siklik yang terjadi akibat sea states dianggap tidak signifikan. Untuk

sambungan yang mengalami beban siklik dengan amplitudo berubah seperti yang umumnya

terjadi pada beban lingkungan, batas ketahanan terhadap fatigue dapat diasumsikan sebesar

107 untuk kurva X dan 2 x 107 untuk kurva X’. Kurva X dan X’ digunakan dengan rentang

tegangan hot spot yang sesuai dengan Stress Concentration Factor nya.


5.1.2 Aturan Miner

Kurva S-N hanya menyediakan informasi untuk pembebanan dengan amplitudo konstan.

Untuk pembebanan lingkungan dengan amplitudo yang bervariasi, kurva S-N dilengkapi

dengan peraturan yang disebut Aturan Miner. Aturan ini memungkinkan perhitungan

kerusakan fatigue (D) dengan beberapa amplitudo pembebanan berbeda. Konsep kerusakan

fatigue adalah dasar dari peraturan ini.

Kerusakan fatigue (D) untuk join yang mengalami pembebanan dengan amplitudo konstan

dapat dirumuskan secara sederhana sebagai berikut :

NnD = ( 5.3 )

Dengan :

D : Kerusakan dalam 1 tahun

n : Jumlah siklus pada rentang tegangan yang bekerja.

N : Jumlah siklus pada rentang tegangan yang diizinkan sesuai kurva S-N

Apabila join mengalami pembebanan dengan amplitudo yang bervariasi, siklus pembebanan

dapat dibagi menjadi beberapa grup yang memiliki rentang tegangan yang sama. Kerusakan

fatigue yang terjadi adalah penjumlahan dari kerusakan fatigue dari masing-masing grup.

Aplikasi dari Aturan Miner dapat dirumuskan sebagai berikut :

∑=

=m

i i

i

NnD

1

( 5.4 )

Dengan :

D : Kerusakan dalam 1 tahun

ni : Jumlah siklus pada rentang tegangan yang bekerja pada grup ke-i.

Ni : Jumlah siklus pada rentang tegangan grup ke-i yang diizinkan sesuai kurva S-N

m : Jumlah pembagian grup rentang tegangan

Kerusakan fatigue sebaiknya ditinjau pada minimum empat titik disekitar sambungan

tubular. Kegagalan fatigue akan terhadi apabila nilai kerusakan fatigue (D) telah mencapai

satu. Jadi umur fatigue dari struktur besarnya adalah satu per kerusakan per tahun.


5.1.3 Stress Concentration Factor (SCF)

Pada kondisi tegangan yang kompleks, terkadang tidak begitu pasti tegangan mana yang

harus digunakan untuk kurva S-N. Untuk itu, sebuah efek konsentrasi tegangan dapat

digunakan pada perhitungan tegangan yang bekerja berupa SCF. Stress Concentration

Factor (SCF) adalah perbandingan antara tegangan didaerah hot spot dengan tegangan

nominal pada penampang. Faktor ini dipengaruhi oleh besaran-besaran dari sambungan,

konfigurasi sambungan, dan load path gaya. Tegangan daerah hot spot adalah tegangan di

sekitar diskontinuitas struktur, contohnya sambungan.

Gambar 5.2 Ilustrasi daerah yang mengalami tegangan hot spot pada sambungan.

Stress Concentration Factor diperoleh dari analisis elemen hingga, pengetesan model, atau

persamaan empiris tertentu. Beberapa persaman empiris yang dikenal diantaranya Kuang,

Kellogg, Lloyds Register, dll. Persamaan SCF yang sering digunakan adalah persamaan

Efthymiou.

5.1.4 Dynamic Amplification Factor (DAF)

Dynamic Amplification Factor (DAF) harus dipertimbangkan untuk memasukkan pengaruh

dari resonansi gelombang pada struktur. Semakin dekat periode gaya dengan frekuensi

alami dari struktur, maka nilai DAF akan semakin besar. Persamaan berikut ini digunakan

untuk menghitung nilai DAF untuk masing-masing periode gelombang.

222 )2()1(1

Ω+Ω−=

ξDAF ( 5.5 )

dimana :


naturalfrekuensiluargayafrekuensi

s

==Ωωω

wTπω 2

=

ss T

πω 2=

ξ = 0,05

Persamaan DAF diatas dapat diplot untuk memperlihatkan pengaruh rasio frekuensi (Ω)

terhadap amplitudo. Kurva hasil plot tersebut memperlihatkan bahwa keberadaan damping

berpengaruh sebagai berikut :

1. Apabila damping naik maka amplitudo menurun.

2. Apabila damping naik maka puncak dari kurva akan terjadi dibawah frekuensi natural.

5.1.5 JONSWAP Spectra

JONSWAP (Joint North Sea Wave Project) spectra adalah salah satu formula spektra elevasi

permukaan air yang paling banyak digunakan. Spektra ini dikembangkan berdasarkan

pengamatan di Laut Utara. Melalui spektra ini dapat diperoleh informasi mengenai

penyebaran perioda gelombang dan probabilitas penyebaran arah gelombang di laut.

Permukaan air laut yang acak sebenarnya dapat dijabarkan sebagai penjumlahan dari

beberapa gelombang laut dengan perioda dan fase tertentu ( Fourier ). Amplitudo dapat

juga derepresntasikan sebagai frekuensi. Apabila sea state / permukaan air laut ini disusun

atas sederetan gelombang dengan frekuensi tertentu, maka dalam data tersebut dapat

disajikan dalam bentuk spectrum berupa histogram amplitudo vs frekuensi. Pendekatan

statistic digunakan dalam perhitungan spektra ini sehingga spectra elevasi permukaan air

biasanya disajikan dalam bentuk Sηη ( kerapatan amplitudo2/2 ) vs frekuensi. Secara

matematis, Lewis & Allos (1990) merumuskan JONSWAP spectra sebagai berikut :

ap

ff

fgS γ

πα

ηη ⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

4

54

2

45exp

)2( ( 5.6 )

Dengan :


a : ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −− 22

2

2)(

expp

p

fff

σ

σ : σA untuk f ≤ fp

σB untuk f > fp

α : 103,39 mo0,687 g-1,375 Tp-2,750

γ : 2,214 x 105 mo0,887 g-1,774 Tp-3,550

σA : 1,071 x 10-3 mo-0,331 g0,662 Tp1,325

σB : 1,104 x 10-2 mo-0,165 g0,330 Tp0,660

mo : 16

2Hs

Tp : pf

1

Hs : tinggi gelombang signifikan.

Tp : perioda puncak spectral

G : percepatan gravitasi.

5.2 Metoda Analisis Fatigue

Berdasarkan API RP2A 21st edtion section 5, analisis fatigue detail sebaikya dilakukan pada

struktur lepas pantai tipe jacket. Analisis detail fatigue disarankan menggunakan metoda

analisis spektral. Metoda ini dapat menentukan besarnya respon tegangan untuk setiap

kondisi sea state. Efek dinamik juga perlu diperhitungkan untuk kondisi sea state yang

memiliki energi dekat dengan frekuensi natural platform. Meskipun demikian, metoda lain

dapat juga digunakan apabila memang dapat mewakili keadaan nyata yang terjadi.

Sebagai pengganti analisis fatigue detail, dapat digunakan analisis fatigue yang

disederhanakan untuk join tubular pada platform tipe jacket apabila kondisinya sebagai

berikut :

1. Kedalaman kurang dari 122 meter.

2. Konstruksi baja daktail.

3. Memiliki framing struktural berlebih.

4. Periode natural kurang dari 3 detik.


Berikut akan dipaparkan dua metoda analisis fatigue yang dikenal yaitu analisis fatigue

deterministik dan analisis fatigue spektral.

5.2.1 Analisis Fatigue Deterministik

Analisis deterministik sesuai untuk digunakan pada struktur yang memiliki rentang antara

perioda natural dan perioda gelombang yang cukup lebar. Pada kondisi ini, respon struktur

tidak akan berada dekat dengan perioda naturalnya. Struktur tetap (fixed platform) yang

berada di laut dangkal dan memiliki perioda natural relatif kecil biasanya dapat

menggunakan analisis deterministik.

Analisis deterministik menerapkan sepenuhnya Aturan Miner seperti yang dijelaskan pada

bagian diatas. Pembebanan dikelompokkan kedalam kelompok dengan rentang tegangan

yang sama, misalnya sebanyak g kelompok. Kemudian dengan Aturan Miner dapat dihitung

kerusakan total D per satuan waktu tertentu. Apabila satuan waktu yang digunakan adalah

per tahun, maka usia fatigue adalah 1 / D tahun.

Secara skematik, analisis deterministik ditunjukkan seperti pada Gambar 5.3.


Gambar 5.3 Diagram alir analisa fatigue deterministik.

Metoda analisis deterministik akan sulit dterapkan pada struktur yang tereksitasi oleh perioda beban yang dekat dengan perioda natural. Hal ini disebabkan karena sedikit saja perubahan

Data Gelombang

Metoda Perhitungan Individual Wave

Occurence

Perkiraan Nilai Ekstrem Hmax

untuk setiap arah

Distribusi Rayleigh HUntuk setiap Hs,Tz,

dan arah

Joint wave height- Distribusi perioda

Gelombang H,T,arah

Pemilihan perioda Gelombang T untuk

setiap tinggi gelombang H

Pembebanan gelombang Untuk setiap H,T,dan

arah.

Analisis struktural / tegangan untuk setiap H,T,dan

arah.

Perhitungan kerusakan Fatigue D dan

Jumlahkan untuk setiap H,T,dan arah.


pada perioda pembebanan akan sangat mempengaruhi respon struktur. Permasalahan tersebut dapat diatasi dengan menggunakan metoda analisis fatigue spektral.

5.2.2 Analisis Fatigue Spektral

Analisis spektral adalah pendekatan secara statistik untuk menghitung kerusakan fatigue

untuk suatu struktur yang mengalami pembebanan dinamik yang memiliki sifat tetap secara

statistik untuk jumlah siklus tegangan yang banyak, misalnya gaya angin dan gelombang.

Analisis spektral menggunakan kurva spektrum permukaan air dan fungsi transfer. Analisis

fatigue spektral memperhitungkan distribusi aktual dari energi untuk seluruh rentang

frekuensi gelombang.

Fungsi transfer adalah perbandingan antara jumlah rentang dari respon struktur dengan

tinggi gelombang. Fungsi transfer dapat dikembangkan dengan beberapa cara yaitu

frequency domain, time domain dengan teori linier gelombang acak, dan time domain

dengan nonlinier teori gelombang acak. Bentuk akhir dari fungsi transfer ini adalah respon

spektra tegangan. Umumnya digunakan metoda frequency domain.

Secara ringkas, perhitungan analisis fatigue spektral adalah sebagai berikut :

1. Pengolahan data gelombang sampai dengan memperoleh respon spektra tegangan.

2. Perhitungan kerusakan fatigue dengan step sebagai berikut :

3. Menghitung area dibawah kurva / zeroth moment (mo)

dfSmo ∫∞

=0

σσ

( 5.7 )

4. Menghitung second moment (m2)

dffSm ∫

∞

=0

22 σσ

( 5.8 )

5. Menghitung mean zero crossing period (Tz)

2mmTz o=

( 5.9 )

6. Menghitung banyaknya siklus selama T


TzTn =

( 5.10 )

7. Menghitung tegangan efektif amplitudo konstan (σefr)

m

oefrmm

/15,0

22)8( ⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

Γ=σ ( 5.11 )

8. Memilih kurva S-N

9. Menghitung kerusakan fatigue (D)

∑=

=m

i i

i

NnD

1 ( 5.12 )

10. Menghitung usia fatigue. Usia fatigue = 1/D, dengan D dihitung per tahun.

5.3 Analisis Fatigue

Analisis fatigue dari flatform oyong santos ini dilakukan dengan bantuan program SACS.

Output dari program ini adalah menghasilkan usia layan baik di joint maupun di member

akibat pengaruh fatigue. Dari output ini dapat dianalisis lamanya usia layan dari flatform

tersebut, dan apabila akan diperpanjang usia layannya, analisis fatigue ini dapat menjadi

acuan perancangan selanjutnya. Untuk memperoleh output tersebut, penting untuk dipelajari

bagaimana program SACS ini menganalisis fatigue.

5.3.1 Acuan Pemodelan

Adapun acuan yang dipakai dalam analisis fatigue, terkait dengan program SACS :

1. Analisis berdasarkan analisis deterministik

2. Stress concentration factor (SCF) dihitung secara otomatis oleh program SACS, dengan

menggunakan teori persamaan Efthymiou. Perhitungan SCF ini berdasarkan API.

3. Batas atas dan/atau batas bawah SCF harus didefinisikan secara manual.

4. Kurva S-N, untuk memperoleh kerusakan fatigue, terdapat pada program SACS, dengan

menginput jenis kurva S-N yang digunakan. Pada kasus ini digunakan sumber dari kurva

X dari API RP2A 20th seperti pada Gambar 5.1.

5. Joint yang kritis terhadap kerusakan fatigue harus didefinisikan sebagai input data.


6. Properti non-tubular dan plat tidak diperhitungkan dalam analisis fatigue.

7. Program SACS secara otomatis akan mendifinisikan tipe sambungan pada joint, yang

kemudian akan dihitung nilai SCF nya sesuai dengan tipe sambungan tersebut.

8. Rentang tegangan (stress range) diperoleh dari analisis wave response. Analisis ini

dilakukan dengan acuan tinggi gelombang yang bervariasi.

9. Untuk joint yang memiliki usia layan kurang dari usia desain, akan dipilih secara

otomatis oleh fatigue dengan menggunakan fasilitas fatigue interaktif.

10. Beban siklus, dimana beban ini adalah yang paling dominan dalam analisis fatigue (pada

umumnya gelombang) akan diperoleh dengan menginput data scatter diagram.

5.3.2 Prosedur Analisis Fatigue

1. Pada setiap sambungan, program secara langsung akan mendapatkan member yang

berpengaruh terhadap sambungan tersebut.

2. Jika sambungan terdiri dari 2 atau lebih elemen tubular, maka program akan

menentukan, mana yang sebagai chord dan mana yang sebagai brace, dengan patokan

elemen yang memiliki ketebalan tubular paling besar dianalisis sebagai chord.

Gambar 5.4 Sketsa definisi brace dan chord.

3. Pada setiap kombinasi chord-brace, program akan menentukan mana dari sambungan

tersebut yang coplanar (dengan toleransi ±22.5 derajat). Sambungan tersebut

diklasifikan berdasarkan geometri. Klasifikasi berupa sambungan bentuk “Y”, “T”, “X”,

“K”, atau “TK”.


4. SCF diperhitungkan sesuai dengan klasifikasi dari sambungan, dan teori perhitungan SCF

didefinisikan sebagai input. Analisis SCF dilakukan pada 8 titik didaerah sambungan yang

sedang dianalisis. Formula perhitungan SCF :

)cossin]sincos[()( 22 φφφφφ bccbssasaca CfCfCCfDAFf +++= ( 5.13 )

Dimana :

DAF = dynamic amplification factor

f(φ ) = tegangan terpusat dari brace atau chord

fa = tegangan aksial nominal pada brace

fc = tegangan bending nominal brace pada crown

fs = tegangan bending nominal brace pada saddle

Cac = SCF aksial brace atau chord pada crown

Cas = SCF aksial brace atau chord pada saddle

Cbc = SCF bending brace atau chord pada crown

Cbs = SCF bending brace atau chord pada saddle

φ = Sudut antaa brace dengan crown

5. Nilai SCF yang dikombinasikan dengan beban lainnya merupakan input data untuk

mendapatkan rentang tegangan siklus terpusat (cyclic concentrated stress ranges).

a. Pada setiap karakteristik gelombang (kombinasi dari tinggi dan periode gelombang)

dimana gelombang merupakan representasi beban siklus pada struktur, steady state

analisis dinamik digunakan. Gaya dan momen internal pada brace dihitung pada

beberapa waktu dimana gelombang menumbuk platform. Perhitungan tegangan

pada fatigue (termasuk efek tegangan terpusat), dianalisis pada 8 titik disekeliling

sambungan. Selisih antara tegangan maksimum dan tegangan minimum dari

tegangan terpusat diperhitungkan pada setiap titik, yang menghasilkan rentang

tegangan. Nilai rentang tegangan maksimum dari setiap titik merupakan ”hot spot”

rentang tegangan (hot spot stress range).

b. Prosedur diatas hanya bisa dilakukan jika analisis statik dan atau analisis dinamik

sudah dilakukan untuk setiap posisi dari setiap gelombang. Dari analisis ini akan

didapat dynamic amplification factor (DAF).


6. Kerusakan fatigue diperoleh dari rentang tegangan yang dihitung pada setiap kasus

fatigue, berdasarkan teori kegagalan Palmgren-Miner dan kurva S-N.

5.3.3 Prosedur Pembuatan Tegangan Siklus

Sebelum dilakukannya analisis fatigue dengan menggunakan program SACS, tegangan siklus

harus diperoleh terlebih dahulu. Berikut langkah-langkah untuk memperoleh tegangan siklus:

1. Efek dinamik (dynamic effects)

Langkah pertama dalam analisis fatigue, baik analisis spektral maupun deterministik,

adalah memperhitungkan efek dinamik. Hal ini bisa diperoleh dengan menggunakan

bantuan Dynpac program. Linearisasi pondasi dilakukan, dengan menggunakan

foundation superelement.

2. Beban siklus (cyclic loading)

Selama umur bangunan struktur, bangunan lepas pantai mendapat pengaruh beban

lingkungan dan juga beban selama operasi yang bervariasi. Beberapa dari beban

tersebut ada yang bersifat berulang (cyclic) seperti gelombang, arus, peralatan pada

deck, dan ada juga yang bersifat tidak berulang, seperti beban arah gravitasi, gaya

apung, beban hidup. Fatigue pada struktur merupakan akibat dari banyaknya beban

yang bekerja berulang-ulang, terakumulasi menjadi beban siklus. Jumlah dari gaya

siklus yang bekerja dinamakan total fatigue environment. Dalam struktur bangunan

lepas pantai, pada umumnya beban siklus yang paling berpengaruh terhadap fatigue

adalah gelombang dan arus.

5.3.4 Beban Fatigue (Fatigue Loading)

Kondisi fatigue diperoleh dari akumulasi beban siklus, bekerja pada struktur sehingga

menyebabkan terjadinya kerusakan fatigue. Kondisi fatigue dibuat dalam program SACS

dengan mendefinisikan fatigue file input (FTCASE). Prosedur perhitungan fatigue tergantung

kepada tipe analisis, dalam hal ini digunakan analisis deterministik. Untuk kasus analisis

deterministik digunakan data kejadian gelombang individu dalam jangka waktu 1 tahun.

Tabel 5.1 merupakan tabel persentase kejadian pada tinggi gelombang dan periode

tertentu.


Tabel 5.1 Kejadian Gelombang Di Sekitar Platform Dalam 1 Tahun.

Sig. Wave Height

Peak Period

N NE E SE S SW W NW

(ft) (sec) 0° 45° 90° 135° 180° 225° 270° 315°6,0-6,5 5,74 88 25 56 38 176 69 94 755,5-6,0 5,5 92 59 118 85 367 137 98 795,0-5,5 5,27 683 205 424 307 1339 430 738 5944,5-5,0 5,03 2555 966 1975 1417 6212 2333 2755 22264,0-4,5 4,76 10906 3093 6330 4545 19891 6118 9658 78053,5-4,0 4,48 22821 8357 17092 12279 53229 18313 16321 216883,0-3,5 4,16 64644 18182 37203 26732 117000 47544 57782 562932,5-3,0 3,85 95938 37664 77068 55365 242275 90954 128478 836232,0-2,5 3,47 195147 60339 123458 88703 388115 145660 210398 1700401,5-2,0 3,09 318990 85748 175456 126524 551650 207029 343806 2779811,0-1,5 2,57 330724 100786 206195 148202 648420 243315 356498 2881400,5-1,0 1,99 395095 120392 246392 176997 774633 290714 425849 3442610,0-0,5 1,2 318600 97080 198660 142740 624600 234450 343500 277620

5.4 Hasil Analisa Fatigue

5.4.1 Periode Natural

Periode natural dari struktur ini didapat dari analisis ragam (analisis modal).

a. Periode natural mode 1 sebesar 2.0965 detik b. Periode natural mode 2 sebesar 2.0324 detik c. Periode natural mode 3 sebesar 0.9976 detik

Ketiga nilai ini akan digunakan sebagai input data dalam analisis beban siklik akibat

gelombang. Seperti yang sudah dijelaskan pada bab 2, bahwa apabila periode natural dari

struktur mendekati periode dari gelombang maka nilai dynamic amplification factor akan

mengalami pertambahan yang cukup tinggi.

Berdasarkan teori tersebut nilai periode natural dari struktur dijadikan input data dalam

perhitungan beban siklik, sehingga akan memberikan respon yang paling maksimum dalam

perhitungan fatigue. Besarnya pengaruh periode natural struktur terhadap besarnya beban

siklik dapat dilihat dari kurva transfer function. Nilai periode natural yang digunakan pada

analisa fatigue ini menggunakan periode natural mode ke 3 karena nilainya memberikan

hasil maksimum namun tetap berada pada zona aman jacket. Untuk nilai DAF yang

digunakan dalam pemodelan dapat dilihat pada Tabel 5.2.


Tabel 5.2 Nilai Dynamic Amplification Factor (DAF)

Rentang Tinggi Gelombang

Periode Ω DAF

0,0 ‐ 0,5 1,2 0,831 10,361013 0,5 ‐ 1,0 1,99 0,501 1,7827173 1,0 ‐ 1,5 2,57 0,388 1,3858269 1,5 ‐ 2,0 3,09 0,323 1,2459983 2,0 ‐ 2,5 3,47 0,287 1,1881291 2,5 ‐ 3,0 3,85 0,259 1,1489864 3,0 ‐ 3,5 4,16 0,240 1,1256398 3,5 ‐ 4,0 4,48 0,223 1,1069703 4,0 ‐ 4,5 4,76 0,210 1,0939098 4,5 ‐ 5,0 5,03 0,198 1,0834934 5,0 ‐ 5,5 5,27 0,189 1,0756459 5,5 ‐ 6,0 5,5 0,181 1,0691342 6,0 ‐ 6,5 5,74 0,174 1,0632085

5.4.2 Usia Layan Fatigue

Dari hasil analisa fatigue deterministik, akan didapatkan usia layan dari masing-masing joint

pada jacket yang dimodelkan. Usia layan ini berguna dalam penentuan lokasi inspeksi

maupun perkiraan daerah rawan pada perencanaan suatu anjungan lepas pantai. Pada

analisa fatigue ini terdapat 13 titik yang berpotensi mengalami kerusakan karena memiliki

usia layan kurang dari usia desain platform yaitu selama 40 tahun. Hasil analisa tersebut

dapat dilihat pada Tabel 5.3.

Joint Group Member

Service Life (yr)

1020 A33 35,432

1067 A42 6.9161068 A42 6.5071091 A52 8.4241094 A52 8.773

Adapun penyebab kurangnya usia layan pada joint-joint tersebut adalah :

1. Distribusi besarnya beban siklik gelombang mencapai nilai yang maksimum pada

permukaan laut dan mencapai minimum pada dasar laut. Atas dasar teori tersebut,

dapat dianalisis bahwa joint yang memiliki usia layan kurang dari design life berada

pada daerah dekat dengan permukaan laut. Sehingga tegangan yang diterima joint

tersebut cukup besar.


2. Ketebalan can pada joint tersebut telalu tipis, sehingga kemampuan dalam menahan

tegangan yang terjadi tidak optimal.

Untuk mengetahui posisi joint-joint yang memiliki service live kurang dari 40 tahun dapat

dilihat pada Gambar 5.1 sampai 5.3.

Dari hasil yang didapatkan, terdapat beberapa joint dari bracing horisontal yang terdapat di

elevasi -52.50 ft, -87.50 ft, dan -127.50 ft, yang memiliki usia layan kurang dari 40 tahun,

sehingga perlu dilakukan perbaikan struktur berupa penebalan dimensi member pada joint-

joint yang kritis.


Gambar 5.1 Fatigue life plot pada Plan -127.5 ft.


05 Bab 5 Analisa Fatigue - Perpustakaan Digital ITB · Laporan Tugas Akhir - Analisa Struktur...

Documents

Transcript of 05 Bab 5 Analisa Fatigue - Perpustakaan Digital ITB · Laporan Tugas Akhir - Analisa Struktur...