STUDI PERBANDINGAN ANALISA DESAIN FOURANGLE TOWER CRANE DENGAN ANALISA DESAIN TRIANGLE TOWER CRANE MENGGUNAKAN PROGRAM ANSYS 12.0

(1)

STUDI PERBANDINGAN ANALISA DESAIN FOURANGLE TOWER CRANE DENGAN ANALISA DESAIN TRIANGLE TOWER CRANE

MENGGUNAKAN PROGRAM ANSYS 12.0

DOSEN PEMBIMBING:

Prof. Ir. I NYOMAN SUTANTRA, MSc. PhD.

OLEH:

KOMANG MULIANA PRANATHA 2106.100.043

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2012

(2)

LATAR BELAKANG



Merupakan salah satu pesawat pengangkat dan pemindah barang / material



Biasa digunakan untuk mengangkat &

memindahkan barang / material pada ketinggian minimal 100 ft

( ≈ 30 meter )



Selama ini digunakan Tower crane jenis Fourangle Tower crane dimana towernya menggunakan

empat batang penopang (berbentuk segi empat)

TOWER CRANE

(3)

BAGIAN – BAGIAN TOWER CRANE

Jib atau Boom, merupakan lengan tower crane yang terdiri dari elemen-elemen besi yang tersusun menjadi satu bagian rangka batang. Pemasangan jib harus sesuai dengan keperluan dan persyaratannya, baik dengan panjang yang standard maupun yang mencapai maksimum

counter jib yang berfungsi sebagai jib penyeimbang terhadap boom yang terpasang. Counter jib dilengkapi counter weight, yang berfungsi sebagai bebannya

hoist adalah bagian tower crane yang berfungsi sebagai alat angkut arah vertikal. Sedangkan trolley, adalah bagian tower crane yang berfungsi sebagai alat angkut tower crane arah horisontal

Pondasi digunakan untuk menopang Tower crane agar dapat berdiri tegak di atas tanah

Mast Section (rangka / tower) merupakan tiang vertikal atau rangka yang berdiri di atas base atau dasar. Rangka ini berfungsi sebagai penyangga agar jib dapat berdiri tegak sehingga dapat memindahkan dan mengangkat barang dengan baik

Slewing mechanism adalah suatu alat penghubung antara rangka dan jib agar dapat berputar sesuai dengan arah yang dinginkan. Mekanisme slewing ini dapat berputar 360

^o

sehingga dapat menjangkau seluruh area gedung ataupun bangunan lainnya

Bagian paling atas dari tower crane ini berfungsi untuk

penyangga dan penyeimbang antara jib dan counter jib

(4)

PERUMUSAN MASALAH

TRIANGLE TOWER CRANE ?

(5)

BATASAN MASALAH



Analisa yang dilakukan hanya pada rangka - rangka penopang Tower crane



Material elemen adalah uniform



Gaya yang diperhitungkan adalah berat rangka Tower

crane, berat counter weight, berat beban yang diangkat dan mekanisme yang akan terjadi dalam penggunaannya



Pengaruh pengelasan diabaikan karena dianggap baik dan kuat



Pengaruh temperatur diabaikan



Selama beban diangkat, beban dianggap stabil, tidak goyang dan berayun



Cara membangun dan menegakkan Tower Crane tidak

diperhitungkan

(6)

TUJUAN



Mengetahui respon struktur berupa tegangan pada Triangle Tower Crane, sehingga dapat diketahui tegangan maksimal dan daerah kritis yang terdapat pada struktur kerangka



Mengetahui defleksi maksimum yang mungkin terjadi pada struktur kerangka pada Triangle Tower Crane



Membandingkan analisa defleksi, tegangan, dan b erat

struktur rangka yang terdapat pada Triangle Tower Crane dan

Fourangle Tower Crane

(7)

KAJIAN PUSTAKA



Rinto Eko Bintoro (2101100053) berjudul:

“ Analisa Tegangan Pada Struktur Tower Crane Dengan Menggunakan Ansys 8.0”



Dengan menggunakan material AISI 1018 (ST 3) dengan tensile yield strength sebesar 370 Mpa



pembebanan maksimum 2500 kg.



dengan panjang jib 30 meter dengan pembebanan sebesar 1000 kg



defleksi maksimal sebesar 9,34 milimeter



tegangan kritis maksimal sebesar 0,194177

(8)

 Observasi ke lapangan

Mencari informasi lebih detail tentang Tower crane

METODOLOGI

Bagaimana mengetahui tegangan maksimal dan daerah kritis yang

terdapat pada struktur kerangka Triangle Tower Crane

Mengetahui defleksi maksimum yang mungkin terjadi pada setiap bagian – bagian dari sturktur kerangka pada Triangle Tower Crane

Membandingkan analisa pada Triangle Tower Crane dan Fourangle Tower Crane

Dalam konstruksi fourangle tower crane konstruksi yang dibentuk penampang kaki empat berbentuk segiempat sama sisi dengan jarak 0,8 meter. Untuk itu akan diubah menjadi segitiga sama sisi. Dengan analisa menggunakan program bantu

didapatkan jarak antar batang penampang tower mendekati 1 m

(9)

DATA – DATA FOURANGLE CRANE

Dari data referensi didapatkan data – data teknis pada Fourangle Tower Crane jenis Liebherr 30 LC, yaitu:

 Merk, model, &tahun pembuatan : Liebherr 30 LC tahun 1996/1997

 Negara asal : Jerman

 Panjang Jib : 30 m

 Ketinggian Tower : 30 m

 Tipe pengangkat : electromotor trolley

 Kecepatan putar Jib : 0 – 0,8 rpm

 Kecepatan Trolley sepanjang Jib : 0,3166 – 0,55 m/s

 Kecepatan angkat (hoisting) : 0,6667 m/s

 Tower head section with slewing ring support mass : 2950 kg

 Cabin + seat : 440 kg

 Massa counterweight : 3900kg

 Berat counter jib serta peralatan di atasnya : 5390 kg

 Berat Jib : 3865 kg

 Berat beban angkat : 1000 kg

 Berat beban angkat max : 2500 kg

(10)

GAYA ANGIN

dimana:

F = Gaya pada permukaan elemen sesuai arah angin

q = Tekanan permukaan elemen pada ketinggian

A = Luasan

C

_d

= Koefisien drag total

h = Ketinggian (dihitung tiap-tiap kenaikan 10 meter)

ho = ketinggian referensi (10 meter) V = Kecepatan angin

ρ = Massa jenis udara

= 1,3 kg/m

³

p = Power Law Exponent

: 1/7 untuk daerah terbuka atau pantai,

1/3 untuk daerah hutan dan perkotaan

(11)

ANALISA TEKANAN KARENA PENGARUH ANGIN

(12)

 luasan batang – batang yang mendapat gaya angin pada arah depan pada jarak 0 - 10 meter, 10 meter - 20 meter adalah :

 2 x 14 batang vertikal A = 2 x 14 ( 78mm x 0,7m )

= 2 x 14 ( 0,078 m x 0,7m )

= 1,53 m²

 2 x 14 batang diagonal A = 2 x 14 ( 38mm x 0,99m)

= 2 x 14 ( 0,038 m x 0,99m )

= 1,05 m²

 1 x 14 barang horizontal A = 1 x 14 ( 31mm x 0,86,m)

= 1 x 14 ( 0,031 m x 0,86m )

= 3,73 m²

 Jadi, total luasannya adalah : A_tot = 1,53 m²+ 1,05 m² + 3,73 m²

 = 6,31 m²

Sedangkan luasan batang – batang mendapat gaya angin pada jarak 20 - 30 meter adalah 2 x 14 batang vertikal

A = 2 x 14 ( 78mm x 0,7m )

= 2 x 14 ( 0,078 m x 0,7m )

= 1,53 m²

2 x 14 batang diagonal

A = 2 x 14 ( 38mm x 0,99m)

= 2 x 14 ( 0,038 m x 0,99m )

= 1,05 m² 1 x 14 barang horizontal

A = 1 x 14 ( 31mm x 0,86 m)

= 1 x 14 ( 0,031 m x 0,86 m )

= 3,73 m² Counter weight

A = 3m x 1,5 m

= 4,5 m²

Jadi, total luasannya adalah :

A_tot(depan) = 1,53 m²+ 1,05 m² + 3,73, m²

+4,5m²

= 10,81 m²

(13)

Luasan batang – batang mendapat gaya angin pada jarak 30 – 40 m

 1 x 1 batang horizontal bawah (jib) A = 1 x 1 ( 62mm x 30m )

= 1 x 1 ( 0,062 m x 30m )

= 1,86 m²

 1 x 1 batang horizontal atas (jib) A = 1 x 1 ( 62mm x 27m)

= 1 x 1 ( 0,062 m x 27m )

= 1,7 m²

 2 x 20 batang diagonal jib A = 2 x 20 (32mm x 1m)

= 2 x 20 (0,032 m x 1m)

= 1,28 m²

 1 x 1 batang horizontal counter jib A = 1 x 1 (305mm x 9m)

= 1 x 1 (0,305 m x 9m )

= 2,705 m²

 2 x 1 batang tower top

A = 2 x 1 (84mm x 6.5m)

= 2 x 1 (0,084 m x 6.5m)

= 1,118m²

 Counter weight

A = 3m x 1,5 m

= 4,5 m²

A_tot = 1,86 m²+ 1,7 m²+ 1,28 m² + 2,705 m² + 1,118 m² + 4,5 m²

= 11,883 m²

Kemudian dihitung Gaya angin yang terjadi pada Triangle Tower Crane pada jarak- jarak tertentu (untuk arah samping):

• Gaya angin pada ketinggian 0 – 10 meter F = q. A. C_d

Dimana: q = 406,25 N/m² A= luasan

C_d =2,03 (tabel) F = 406,25 N/m². 6,31 m² . 2,03 = 3381,2 N

• Gaya angin pada ketinggian 10 – 20 meter F = q. A. C_d

Dimana: q = 644.8817 N/m² N/m² A= luasan

C_d =2,03 (tabel) F = 644, 88 N/m². 6,31 m² . 2,03 = 5367, 3 N

• Gaya angin pada ketinggian 20 – 30 meter F = q. A. C_d

Dimana: q = 845.0341 N/m² A= luasan

C_d =2 (tabel) F = 845,03 N/m².10,81 m². 2,03 = 13860,5 N

• Gaya angin pada ketinggian 30 – 40 meter F = q. A_cj. C_d

Dimana: q = 1023.686 N/m² A_{cj =} luasan beban C_d=2 (tabel)

F = 1023.69 N/m². 11,883 m² . 2,03 = 13195,88 N

(14)

luasan batang – batang yang mendapat gaya angin pada jarak 0 - 10 meter, 10meter - 20 meter arah samping adalah

3 x 14 batang vertikal

A = 3 x 14 ( 78mm x 0,7m )

= 3 x 14 ( 0,078 m x 0,7m )

= 2,3 m²

•1 x 14 batang diagonal belakang A = 1 x 14 ( 38mm x 1,2m)

= 1 x 14 ( 0,038 m x 1,2m )

= 0,64 m²

2 x 14 batang diagonal samping A = 2 x 14 ( 38mm x 0,86m)

= 2 x 14 ( 0,038 m x 0,86m)

= 0,91 m² 1 x 14 barang horizontal

A = 1 x 14 ( 31mm x 1m)

= 1 x 14 ( 0,031 m x 1m )

= 0,434 m²

A_tot = 2,3 m²+ 0,64 m² + 0,91 m² + 0,434 m²

= 4,284 m²

(15)

Sedangkan luasan batang – batang mendapat gaya angin pada jarak 20 - 30 meter adalah

•2 x 12 batang vertikal

A = 2 x 12 ( 78mm x 0,7m )

= 2 x 12 ( 0,078 m x 0,7m )

= 1,53 m²

•2 x 12 batang diagonal depan A = 2 x 12 ( 38mm x 8,6m)

= 2 x 12 ( 0,038 m x 8,6m )

= 0,915 m²

•1 x 12 barang horizontal A = 2 x 12 ( 31mm x 0,8m)

= 2 x 12 ( 0,031 m x 0,8m )

= 0,6 m²

•Counter weight A = 3m x 1,5 m

= 4,5 m²

A_tot(depan)= 1,53 m²+ 0,915 m² + 0,6 m²+ 4,5m² = 7,545 m²

luasan batang – batang yang mendapat gaya angin pada jarak 30 - 40 meter arah samping adalah 2 x 1 batang tower top

A = 2 x 1 (84mm x 6,52m)

= 2 x 1 (0,084 m x 6,52m)

= 1,1 m²

Counter weight A = 3m x 1,5 m

= 4,5 m²

Jadi, total luasannya adalah : A_tot = 1,1 m²+ 4,5 m²

=5,6 m²

(16)

Jarak Luas batang (arah samping)

Luas batang (arah depan)

Gaya Angin (arah samping)

Gaya Angin (arah depan)

0 – 10 meter 4,284 m² 6,31 m² 3381,2 N 2812,18 N

10 – 20 meter 4,284 m² 6,31 m² 5367, 3 N 4110,6 N

20 – 30 meter 7,545 m² 10,81 m² 13860,5 N 13568,9 N

30 – 40 meter 5,6m² 11,883 m² 13195,88 N 29914,12 N

(17)

GRAFIK GAYA ANGIN TERHADAP KETINGGIAN

Dari grafik dapat dilihat

bahwa untuk gaya angin (arah depan) semakin tinggi terjadi peningkatan gaya angin, sedangkan untuk arah samping terjadi penurunan untuk ketinggian > 30 meter. Hal ini

tergantung pada luasan batang yang

mendapat tekanan permukaan.

(18)

GAYA TROLLEY / GAYA BERJALAN

Pada Tower crane, beban dapat dipindahkan dengan menggunakan tali dari ujung tower crane menuju titik pusat atau sesuai jarak yang ditentukan. Pada kasus ini gaya gerakan trolley dapat diabaikan dengan syarat beban yang diangkat sesuai dengan beban yang diijinkan pada desain awal dari jib tower crane jenis Liebherr 30 LC yang ditujukan pada tabel 2.1. Dari tabel dapat dilihat bahwa beban maksimal yang dapat diangkat oleh Tower crane adalah sebesar 2500 kg. pada jarak 14,0 m; 20,4 meter ; 24,7 meter ; dan 30 meter akan dijadikan variasi beban dalam perhitungan program ansys

(19)

GAYA AYUN

Gerakan yang terjadi saat jib berputar dan rangka dalam keadaan diam, akan terjadi sudut yang besarnya tertentu terhadap sumbu vertikal. Tetapi untuk putaran sudut yang kecil ( < 1 rpm ) tepatnya 0,8 rpm, maka gaya ayun dapat diabaikan.

(20)

GAYA HOISTING / GAYA ANGKAT

Jadi, analisa yang didapatkan adalah ketika Tower crane akan mengangkat beban sebesar 1000 kg (10.000 N) pada jarak 30 meter dari jib maka gaya angkatnya yang diperlukan oleh Tower crane

tersebut menjadi 11.100 N.

(21)

MOMEN DENGAN BEBAN

Dengan mengasumsikan arah positif dalah CW dengan momen pada pusat rangka (Fp):

M_fp = - F_cw (10,5m) - F_cj(4,5m) + F_j (15m) + T (30m)

= - 39.000 N (10,5m) – 8.700 N (4,5) + 22.650 N (15m) + 11.100 N (30m)

= 224.100 Nm

Mencari gaya tekan yang bekerja pada sumbu pusat Tower crane:

Σfy = 0 - F_cw - F_cj- F_j + F_p1 - T = 0

F_{p1 =}F_cw + F_cj+ F_j + W_m

F_{p1 =}39.000 N + 8700 N+ 22.650 N + 11.100 N F_{p1 =}81.450 N

(22)

MOMEN TANPA BEBAN

Σfy = 0 - F

_cw

- F

_cj

- F

_j

+ F

_p1

= 0

F

_{p1 =}

F

_cw

+ F

_cj

+ F

_j

F

_{p1 =}

39.000 N + 8700 N + 22.650 N F

_{p1 =}

70.350 N

Dengan mengasumsikan arah positif dalah CW dengan momen pada pusat rangka (Fp):

ΣM

_Fp1

= 0

M

_Fp1

= - F

_cw

(10,5 m) - F

_cj

(4,5 m) + F

_j

(15 m)

M

_Fp1

= - 39.000 N (10,5 m) - 8.700 N (4,5 m) + 22.650 N (15 m)

M

_Fp1

= -108.900 Nm

(23)

ANALISA SOFTWARE ANSYS

Set Preference

Main menu > Preference

Pilih analisa structural dan h-method pada kotak dialog Preference for GUI Filtering Mendefinisikan Tipe Elemen

Main Menu > Preprocessor > Element Type > Edit > Add

Pilih structure / tipe element yang digunakan dalam analisa tersebut. Dalam program ini dipakai tipe element Beam 189

Spesifikasi Material Properties

Main Menu > Preprocessor > Material Properties > Material Properties Double klik Structural > Linear > Elastic >isotropic

Masukkan nilai Poisson Ratio dan Modulus Young, serta nilai Density Dari matweb.com diketahui:

Meshing Geometry

Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh Tool Apply Load

Main Menu > Preprocessor > Loads > Define loads > Apply > Structural >

Force/Moment > On Keypoint

Masukkan nilai pembebanan pada kolom VALUE

Solve

Main Menu > Solution > Solve > Current LS

Perintah ini digunakan untuk running program. Hasil dari running program ini akan digunakan untuk menganalisa pemodelan ini selanjutnya.

(24)

VON MISES STRESS

Stress Distribution

Main Menu > General Postproc > Plot Results > Countour Plot > Nodal Solution > Stress > Stress Intensity

(25)



Contoh hasil: beban 1000kg + gaya angin arah depan

(26)

DEFLEKSI

Defleksi

Main Menu > General Postproc > Plot result > Countour Plot > Nodal Solution > DOF Solution >Displacement Vector Sum

Perintah ini untuk mendapatkan defleksi arah X,Y,Z dari hasil yang didapatkan

(27)

1

MN MX

X Y Z

0 .004166.008332

.012498.016665

.020831.024997

.029163.033329 .037495 NODAL SOLUTION

STEP=1 SUB =1 TIME=1 USUM (AVG) RSYS=0 DMX =.037495 SMX =.037495

1

MN MX

X Y Z

0 .003787.007575

.011362.01515

.018937.022725

.026512.030299 .034087 NODAL SOLUTION

1

MN MX

X Y Z

0 .003409.006817

.010226.013635

.017043.020452

.023861.027269 .030678 NODAL SOLUTION

1

MN MX

X Y Z

0 .00303 .00606

.00909 .01212

.01515 .01818

.02121 .024239 .027269 NODAL SOLUTION

Contoh hasil: beban variasi

(28)

Dalam perhitungan tegangan dengan menggunakan ANSYS 11.0 ini, digunakan variasi panjang jib dan besar pembebanan untuk mencari Tegangan Kritis dan Defleksi Maksimum

Panjang Jib (m) Massa (kg)

30 1000

24,7 1250

20,4 1570

14 2420

Tegangan Von Mises Dengan gaya angin Arah Depan (Mpa)

Tegangan Von Mises Dengan gaya angin Arah Samping (Mpa)

172 105

174 114

Defleksi maximum Dengan gaya angin

arah depan (mm)

Defleksi maximum Dengan gaya angin arah

Samping (mm)

23,861 3,049

30,678 10,226

34,087 17,043

37,495 27,269

(29)

GRAFIK TEGANGAN VON MISES

Dari grafik dapat dilihat bahwa makin besar massa yang diangkat maka besar tegangan kritis yang didapatkan akan makin besar. Nilai tegangan von mises terbesar terdapat saat massa yang diangkat sebesar 2420 kg pada jarak 14 meter yaitu 174 MPa arah depan dan 114 Mpa untuk arah samping

•BIRU : GAYA ANGIN ARAH DEPAN

•MERAH : GAYA ANGIN ARAH SAMPING

(30)

GRAFIK DEFLEKSI MAKSIMUM

• BIRU : GAYA ANGIN ARAH DEPAN

• MERAH : GAYA ANGIN ARAH SAMPING

Dari grafik dapat dilihat bahwa makin besar massa yang diangkat maka besar defleksi maksimal yang mungkin terjadi akan makin besar. Nilai defleksi maksimal terbesar terdapat saat massa yang diangkat sebesar 2420 kg pada panjang jib sebesar 14 meter yaitu sebesar 27,637 mm pada arah angin dari bagian samping dan 37,495 mm untuk arah angin dari depan.

(31)

BERAT STRUKTUR TOWER CRANE

Dari hasil running program Ansys disebutkan berat tower yang terjadi sebesar 2674,5 kg (2,675 ton). Hasil ini dibandingkan dengan berat sebenarnya:

• Tower head section with slewing ring support mass : 2950 kg

Setelah dibandingkan ternyata massa total tower dari Triangle tower crane lebih rendah daripada massa dari Fourangle Tower Crane. Dengan hasil ini, dapat diasumsikan bahwa material yang diperlukan untuk membangun sebuah Triangle tower crane lebih sedikit daripada material yang dibutuhkan untuk membangun Fourangle Tower Crane.

(32)

PERBANDINGAN TOWER CRANE

(33)

KESIMPULAN

Dari hasil analisa pada struktur Triangle Tower Crane, maka dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut:

 Pada struktur Fourangle Tower Crane, defleksi maksimum yang terjadi sebesar 10,966 mm sedangkan pada struktur Triangle Tower Crane didapatkan defleksi maksimum sebesar 37,4 mm

 Defleksi ijin maksimum yang didapatkan harus ≤ 37,5 mm

Sehingga besar defleksi yang terjadi masi dalam keadaan aman.

 Pada struktur Fourangle Tower Crane, Tegangan maksimum (kritis) yang terjadi sebesar 0.190 Mpa sedangkan pada struktur Triangle Tower Crane didapatkan Tegangan maksimum sebesar 174 Mpa

 Tegangan maksimum yang didapatkan harus ≤ 185 Mpa

Sehingga besar Tegangan maksimum yang terjadi masi dalam keadaan aman

 Berat struktur rangka tower dari Triangle Tower Crane sebesar 2674,5 kg sedangkan berat struktur rangka dari Fourangle Tower Crane sebesar 2950 kg.

(34)