KAJIAN KEKUATAN KOLOM-PONTON SEMISUBMERSIBLE DENGAN KONFIGURASI DELAPAN KOLOM BERPENAMPANG PERSEGI EMPAT AKIBAT EKSITASI GELOMBANG YOSIA PRAKOSO 4310 100 017 PEMBIMBING: Prof. Ir. Eko Budi Djatmiko, M. Sc., Ph. D. Ir. Murdjito, M. Sc. Eng.
OUTLINE PRESENTASI PENDAHULUAN LATAR BELAKANG RUMUSAN MASALAH TUJUAN PENELITIAN MANFAAT PENELITIAN BATASAN MASALAH METODOLOGI PENELITIAN PEMBAHASAN KESIMPULAN
LATAR BELAKANG (sumber: kompas.com) (sumber: oilrig-photos.com) Kebutuhan minyak dan gas bumi semakin meningkat Kegiatan eksplorasi dan eksploitasi mulai beralih ke laut dalam Dibutuhkan rancangan semisubmersible yang handal Dibutuhkan penilaian terhadap respon gerak dan kekuatan pada semisubmersible
PERUMUSAN MASALAH Bagaimana respon struktur semisubmersible akibat eksitasi gelombang pada saat terapung bebas? Berapa besar kekuatan memanjang semisubmersible pada kondisi still water dan gelombang dengan mode hogging/sagging? Berapa besar kekuatan sambungan kolom-ponton semisubmersible pada kondisi still water dan gelombang dengan mode hogging/sagging?
TUJUAN PENELITIAN Mengetahui respon struktur semisubmersible akibat eksitasi gelombang pada saat terapung bebas. Mengetahui besar kekuatan memanjang semisubmersible pada kondisi still water dan gelombang dengan mode hogging/sagging. Mengetahui besar kekuatan sambungan kolom-ponton semisubmersible pada kondisi still water dan gelombang dengan mode hogging/sagging.
MANFAAT PENELITIAN Dapat mengetahui prosedur analisis dan menghitung respon struktur semisubmersible akibat eksitasi gelombang pada saat terapung bebas. Dapat mengetahui besar kekuatan memanjang dan sambungan kolom-ponton semisubmersible akibat kondisi still water dan beban gelombang dengan mode hogging/sagging.
BATASAN MASALAH Ukuran utama mengacu pada parameter utama struktur deck semisubmersible Essar Wildcat. Ukuran dari kolom dan ponton akan dirancang untuk memenuhi parameter utama displasemen. Konfigurasi semisubmersible akan ditetapkan mempunyai simetri antara dua sisi ponton. Jumlah kolom yang akan ditinjau yaitu komposisi rancangan delapan kolom tegak lurus. Analisa akan dilakukan terhadap semisubmersible pada kondisi bebas terapung. Semisubmersible dalam kondisi operasional.
BATASAN MASALAH Arah pembebanan yang bekerja pada semisubmersible adalah 90 o (beam seas), 120 o, 135 o (quartering-head seas), 150 o dan 180 o (head seas). Prediksi gerakan struktur pada gelombang reguler dilakukan dengan menerapkan teori difraksi 3-dimensi. Prediksi gerakan pada gelombang acak akan dilakukan dengan menerapkan analisis spektra. Kondisi yang dipertimbangkan dalam analisis adalah beban gelombang. Daerah operasi semisubmersible ditetapkan di perairan Laut Natuna dengan kedalaman operasi 90 m. Perhitungan dalam analisis ini menggunakan bantuan software AUTOCAD, MOSES, ANSYS MECHANICAL dan Microsoft Excel 2013.
DASAR TEORI SHEAR FORCE DAN BENDING MOMENT
DASAR TEORI SHEAR FORCE DAN BENDING MOMENT V x = M x = dengan: V x M x w Δ x 0 x 0 w x x dx V x dx : Shear force pada sumbu x dari haluan (atau buritan) (N) : Bending moment pada sumbu x dari haluan (atau buritan) (N.m) : Beban per satuan panjang (N/m) : Bouyancy per satuan panjang (N/m)
Respons struktur tersebut dihitung dengan mempertimbangkan dua bagian badan kapal SWATH, sehingga persamaan umum respons adalah: DASAR TEORI RESPON STRUKTUR SEMISUBMERSIBLE AKIBAT EKSITASI GELOMBANG x M 4 z M 6 V 3 V 2 V 1 M 5 y V1 (gaya geser memanjang), V2 (gaya geser sisi), V3 (gaya geser vertikal), M4 (momen lengkung melintang), M5 (momen torsi), dan M6( momen yaw)
DASAR TEORI RESPONSE AMPLITUDE OPERATOR RAO di definisikan sebagai amplitudo respon (R a ) per amplitudo gelombang (ζ a ), di mana dalam perhitungannya RAO selalu di anggap sebagai gelombang reguler dan frekuensi gelombang yang di pilih dimasukkan ke dalam range frekuensi yang di pakai dalam membuat spektrum gelombang. Persamaan RAO dapat dicari sebagai berikut: dengan: R a ζ a RAO ω = : amplitudo respon struktur (m) : amplitudo gelombang (m) R 2 a ζ a
DASAR TEORI TEGANGAN Tegangan Normal adalah intensitas gaya pada suatu titik yang tegak lurus atau normal terhadap penampang, yang didefinisikan sebagai berikut: F σ = lim A 0 A dengan: σ : Tegangan normal (N/m 2 ) F : Gaya yang bekerja dalam arah tegak lurus atau normal terhadap penampang (N) A : Luas penampang (m 2 )
DASAR TEORI TEGANGAN Tegangan Geser adalah intensitas gaya pada suatu titik yang sejajar terhadap penampang. Yang didefinisikan sebagai: dengan: τ : Tegangan Geser (N/m 2 ) τ = lim A 0 V : Gaya yang bekerja dalam arah sejajar terhadap penampang (gaya geser) (N) A : Luas penampang (m 2 ) V A
Tegangan Von Mises bekerja pada elemen tiga dimensi, bekerja tegangan-tegangan searah sumbu x, y dan z. Yang didefinisikan sebagai: σ VM = 1 2 2 2 σ x σ y + σy σ z + σx σ 2 z + 6 τ 2 xy + τ 2 2 yz + τ xz DASAR TEORI TEGANGAN dengan: σ 0 σ x σ y σ z τ xy τ xz τ yz = tegangan Von Mises = tegangan arah sumbu x = tegangan arah sumbu y = tegangan arah sumbu z = tegangan geser arah sumbu xy = tegangan geser arah sumbu xz = tegangan geser arah sumbu yz
A Mulai STUDI LITERATUR ANALISIS RESPON STRUKTUR AKIBAT BEBAN GELOMBANG METODOLOGI PENELITIAN FLOWCHART Tidak PENGUMPULAN DATA Data met-ocean dan struktur PEMODELAN AUTOCAD PEMODELAN STRUKTUR MENGGUNAKAN MOSES PEMODELAN KOLOM DAN PONTON MENGGUNAKAN AUTOCAD PEMODELAN KOLOM-PONTON MENGGUNAKAN ANSYS MECHANICAL VALIDASI MODEL panjang, lebar dan displasmen ANALISIS KEKUATAN KOLOM-PONTON AKIBAT BEBAN GELOMBANG Ya KESIMPULAN A Selesai
METODOLOGI PENELITIAN LANGKAH PENGERJAAN Studi Literatur Pada tahapan ini akan dilakukan studi literatur, yaitu pengumpulan publikasi ilmiah dari literatur terbuka yang relevan yang dapat dijadikan acuan dalam pengerjaan Tugas Akhir. Pengumpulan Data Pada tahapan ini akan dilakukan pengumpulan data, yaitu pengumpulan data yang berkaitan dengan Tugas Akhir meliputi: data struktur, data met-ocean dan data semisubmersible. Pemodelan Struktur Pada tahapan ini akan dilakukan pemodelan struktur, yaitu memodelkan geometri semisubmersible dengan AUTOCAD, kemudian melakukan pemodelan masalah dengan menggunakan software MOSES (masalah hidrodinamis) dan ANSYS MECHANICAL (masalah struktural).
DATA STRUKTUR GENERAL ARRANGEMENT
DATA STRUKTUR SCANTLING VIEW
Laut Natuna metocean data (100-years Return Period) DATA LINGKUNGAN LAUT NATUNA Parameter Kedalaman Gelombang: Tinggi glb. signifikan Periode puncak Arus: Permukaan Kedalaman tengah Dasar Angin: Kecepatan angin 1 menit 100-years Return Period 90 m 5.3 m 13.9 sec 1 m/s 0.8 m/s 0.8 m/s 24 m/s
Principal dimension semisubmersible model PEMODELAN PRINCIPAL DIMENSION Parameter Satuan Model Jarak melintang antar kolom m 56.38 Jarak memanjang antar kolom m 22.85 Panjang Ponton m 108.2 Lebar Ponton m 10.5 Lebar Kolom m 7.92 Tinggi Ponton m 6.71 Tinggi Kolom m 29.87 Diameter Bracing m 2.2 Sarat Operasi m 21.335 Displasemen m 3 21458
PEMODELAN SOFTWARE AutoCAD MAXSURF MOSES AutoCAD
PEMODELAN ANSYS MECHANICAL
Parameter Satuan Data Moses Maxsurf Error (%) Ket Displasemen ton 24173 24158 24254 0.062% OK PEMODELAN VALIDASI MODEL Volume m 3 23583 23569 23662 0.062% OK KB m - 7.7 7.65 0.649% OK LCB m - 0 0 0.000% OK KMt m - 28.5 28.704 0.716% OK KMl m - 25.11 24.7 1.633% OK BMt m - 20.8 20.269 2.55% OK BMl m - 17.41 16.944 2.677% OK LCF m - 0 0 0.000% OK
METODOLOGI PENELITIAN LANGKAH PENGERJAAN Analisis Respon Struktur akibat Beban Gelombang Pada tahap ini akan dihitung respon struktur pada 6 derajat kebebasan untuk setiap ukuran ponton-kolom pada gelombang reguler. Analisis Kekuatan Memanjang akibat Beban Gelombang Pada tahap ini akan dihitung kekuatan memanjang semisubmersible akibat beban gelombang. Analisis Kekuatan Kolom-Ponton akibat Beban Gelombang Pada tahap ini akan dihitung kekuatan kolom-ponton akibat beban gelombang. Kesimpulan Penarikan kesimpulan setelah melakukan berbagai analisis yang dibutuhkan dalam pengerjaan Tugas Akhir.
1 0,8 0,6 90 deg PEMBAHASAN RESPON GERAKAN m/m 0,4 0,2 120 deg 135 deg 150 deg 180 deg 0 0,2513 0,4513 0,6513 0,8513 1,0513 1,2513 1,4513 1,6513 1,8513 2,0513-0,2 freq (rad/s)
1 0,9 0,8 PEMBAHASAN RESPON GERAKAN m/m 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 90 deg 120 deg 135 deg 150 deg 180 deg 0,2 0,1 0 0,2513 0,4513 0,6513 0,8513 1,0513 1,2513 1,4513 1,6513 1,8513 2,0513 freq (rad/s)
1,6 1,4 1,2 PEMBAHASAN RESPON GERAKAN m/m 1 0,8 0,6 0,4 90 deg 120 deg 135 deg 150 deg 180 deg 0,2 0 0,2513 0,4513 0,6513 0,8513 1,0513 1,2513 1,4513 1,6513 1,8513 2,0513-0,2 freq (rad/s)
1,2 1 0,8 90 deg PEMBAHASAN RESPON GERAKAN deg/m 0,6 0,4 120 deg 135 deg 150 deg 180 deg 0,2 0 0,2513 0,4513 0,6513 0,8513 1,0513 1,2513 1,4513 1,6513 1,8513 2,0513 freq (rad/s)
2,5 2 PEMBAHASAN RESPON GERAKAN deg/m 1,5 1 90 deg 120 deg 135 deg 150 deg 180 deg 0,5 0 0,2513 0,4513 0,6513 0,8513 1,0513 1,2513 freq (rad/s) 1,4513 1,6513 1,8513 2,0513
0,45 0,4 0,35 PEMBAHASAN RESPON GERAKAN deg/m 0,3 0,25 0,2 0,15 90 deg 120 deg 135 deg 150 deg 180 deg 0,1 0,05 0 0,2513 0,4513 0,6513 0,8513 1,0513 1,2513 1,4513 1,6513 1,8513 2,0513 freq (rad/s)
Grafik Distribusi Beban Total (LWT+DWT) 1400,00 1200,00 PEMBAHASAN DISTRIBUSI BEBAN 1000,00 (Ton) 800,00 600,00 400,00 200,00 0,00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 (Station)
PEMBAHASAN DISTRIBUSI CROSS SECTION AREA
PEMBAHASAN STILL WATER SF DAN BM
PEMBAHASAN HOGGING L=108.2 m SF DAN BM
PEMBAHASAN SAGGING L=108.2 m SF DAN BM
PEMBAHASAN HOGGING L=290 m SF DAN BM
PEMBAHASAN SAGGING L=290 m SF DAN BM
25 SF Still Water SF Hogging H=5.25m L=108.2m 20 SF Sagging H=5.25m L=108.2m SF Hogging 2 H=5.25m L=290m 15 SF Sagging 2 H=5.25m L=108.2m PEMBAHASAN KOMPARASI SHEAR FORCE MN 10 5 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-5 -10 Station
150 100 50 PEMBAHASAN KOMPARASI BENDING MOMENT MN.m 0-50 -100-150 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Station -200-250 -300 BM Still Water BM Hogging H=5.25m L=108.2m BM Sagging H=5.25m L=108.2m BM Hogging H=5.25m L=290m BM Sagging H=5.25m L=290m
PEMBAHASAN MESHING SENSITIVITY
PEMBAHASAN INPUT SF DAN BM
PEMBAHASAN ANALISIS KEKUATAN MODEL TANPA DECK
PEMBAHASAN ANALISIS KEKUATAN MODEL TANPA DECK
PEMBAHASAN ANALISIS KEKUATAN MODEL TANPA DECK
PEMBAHASAN ANALISIS KEKUATAN MODEL DECK SMEARED
PEMBAHASAN ANALISIS KEKUATAN MODEL DECK SMEARED
PEMBAHASAN ANALISIS KEKUATAN MODEL DECK SMEARED
PEMBAHASAN ANALISIS KEKUATAN MODEL DECK RIGID
PEMBAHASAN ANALISIS KEKUATAN MODEL DECK RIGID
PEMBAHASAN ANALISIS KEKUATAN MODEL DECK RIGID
PEMBAHASAN ANALISIS KEKUATAN MODEL LOKAL
PEMBAHASAN ANALISIS KEKUATAN MODEL LOKAL
PEMBAHASAN ANALISIS KEKUATAN MODEL LOKAL
PEMBAHASAN ANALISIS KEKUATAN MODEL LOKAL
KESIMPULAN Nilai shear force maksimum terjadi pada lokasi 64.9 m dari buritan sebesar 18.128 MN untuk kondisi hogging pada lokasi yang sama sebesar 19.219 MN untuk kondisi sagging. Nilai bending moment terbesar untuk kondisi hogging terletak di lokasi 35.2 m dari buritan sebesar -203.237 MN.m dan kondisi sagging terletak pada lokasi 40.6 m dari buritan sebesar -259.585 MN.m.
KESIMPULAN Tegangan maksimum pada model global didapat dengan hasil sebagai berikut: Pada model global tanpa deck, tegangan maksimum terjadi pada sambungan ponton dan kolom pada kolom kedua (lokasi 46.6 m dari buritan) dengan nilai tegangan yang terjadi sebesar 157 MPa. Pada model global dengan deck smeared, tegangan maksimum terjadi pada sambungan ponton dan kolom pada kolom keempat (lokasi 92.3 m dari buritan) dengan nilai tegangan yang terjadi sebesar 80 MPa. Pada model global dengan deck rigid, tegangan maksimum terjadi pada sambungan ponton dan kolom pada kolom keempat (lokasi 92.3 m dari buritan) dengan nilai tegangan yang terjadi sebesar 71 MPa. Tegangan maksimum pada model lokal terjadi pada sambungan ponton dan kolom pada kolom kedua (lokasi 46.6 m dari haluan) dengan nilai tegangan yang terjadi sebesar 182 MPa.
SARAN Menggunakan model scantling yang lebih lengkap dan memodelkan struktur deck yang realistis untuk mendapatkan distribusi tegangan yang dapat mewakili kondisi sebenarnya dari struktur semisubmersible. Melakukan analisa kekuatan melintang (pry/squeeze force) pada semisubmersible.