Lebar efektif pelat (effective width of plate) dari struktur geladak kapal tanker dianalisis dengan menggunakan standar pada Biro Klasifikasi Indonesia dan menggunakan teori balok sederhana yang terdapat pada buku kekuatan dan teori yang diberikan oleh Friedrich Bleich. Pada tugas akhir ini, analisis dilakukan pada balok geladak dan pembujur dengan variasi jarak yang berbeda. Struktur geladak tersebut dimodelkan menggunakan software MSC Pastran sebagai pre-processor dan MSC Nastran sebagai processor. Bagian geladak dari kapal yang dimodelkan adalah sepanjang 3 ruang muat pada midship. Ruang muat pada bagian tengah dari ketiga ruang muat tersebut adalah ruang muat yang paling besar. Lebar efektif yang dianalisa merupakan pengaruh dari beban eksternal (beban geladak) dan beban gelombang (sagging). Variasi dalam perhitungan diambil sebesar satu kali jarak balok geladak dan dua kali jarak balok geladak. Tegangan yang dipakai dalam perhitungan didapat dari pemodelan yang sebelumnya tegangan pada setiap pembujur pada balok geladak dicari rata-ratanya dan diambil yang terbesar untuk analisis lebar efektif. Untuk tegangan rata-rata didapat dari rata-rata dari seluruh tegangan yang terjadi pada pelat geladak. Hasil dari perhitungan menunjukkan bahwa baik dalam perhitungan manual melalui pemodelan dan perhitungan menggunakan standar Biro Klasifikasi Indonesia yaitu hampir sama. Pada variasi jarak balok geladak dengan a sebesar 3600 mm dan b sebesar 900 mm menghasilkan lebar efektif 583.7485 mm, sedangkan perhitungan dari model didapatkan lebar efektif sebesar 556.8493 mm.
Kata kunci: Lebar efektif pelat (effective width of plate),
I. PENDAHULUAN
ALAM bidang kekuatan kapal, perlu memperhitungkan kekuatan memanjang suatu konstruksi kapal. Distribusi beban yang tidak merata dan gelombang air laut yang tidak beraturan pada kapal yang berlayar menyebabkan struktur kapal terjadi tegangan dan regangan.
Kapal Tanker merupakan kapal full displacement dengan muatan cair sehingga perlu adanya perhatian khusus dalam analisa tegangan maksimum yang salah satunya mengacu pada
lebar efektif pada pelat geladak. Setiap regulasi atau class memiliki standart lebar efektif pada pelat geladak yang tidak boleh dilampaui, begitu juga dengan class BKI (Biro Klasifikasi Indonesia). Dengan hal ini batasan ijin lebar efektif pada pelat geladak maupun tegangan maksimum yang digunakan adalah batasan ijin berdasarkan klasifikasi BKI.
Didalam perhitungan lebar efektif pada pelat geladak ini akan dilakukan perhitungan lebar efektif pelat dengan metode perhitungan manual dan metode elemen hingga. Perhitungan secara manual dilakukan dengan menggunakan teori balok sederhana yang terdapat pada buku kekuatan kapal.
Perhitungan dengan metode elemen hingga dilakukan dengan menggunakan permodelan pada MSC Nastran 2010.
Permodelan dilakukan berdasarkan regulasi BKI 2008, jika terdapat kekurangan petunjuk dalam melakukan pemodelan akan dilakukan pengadopsian dari rule lain seperti Common structural Rules “CSR for Double Hull Oil Tanker”.
Permodelan merupakan suatu cara yang sangat bagus dalam mendapatkan hasil tegangan maksimum yang cukup akurat dan klasifikasi juga merekomendasikan perhitungan tegangan dengan menggunakan pemodelan.
II. TINJAUANPUSTAKA
Perhitungan balok atau girder dengan pelat hadap yang amat lebar, seperti misalnya pelat yang berpenegar, tidak dapat lagi dilaksanakan berdasar pada teori lenturan balok, karena teori ini didasarkan pada anggapan bahwa tegangan yang terjadi tersebar merata pada seluruh penampangnya, sedang dalam penyelesaian persoalan diatas anggapan tersebut tidak dapat dipakai lagi. Dalam kenyataan pada pelat hadap yang lebar, tegangan amat mengecil pada bagian tepi hadap tersebut. Untuk dapat menghitung girder dengan pelat hadap lebar dengan teori balok yang sederhana, diperkenalkan pengertian lebar bilah hadap yang ikut menyangga atau lebar pelat efektif. Tegangan yang semula tersebar, tidak merata selebar pelat hadap b, diganti dengan tegangan yang tersebar merataselebar lebar efektif bm , sedang besarnyasama dengan tegangan pada pelat bilahnya (tegangan maximumnya).
ANALISA LEBAR EFEKTIF PELAT PADA STRUKTUR GELADAK
KAPAL TANKER
Udah Ifah dan Budie Santosa
Jurusan Teknik Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111E-mail: Budies@na.its.ac.id
D
A. Faktor Korosi
Perhitungan tebal pelat yang ada pada struktur harus ditambahkan faktor korosi. Penambahan faktor korosi berbeda pada tiap-tiap tempat karena beban yang diterima berbeda.
Perhitungan t corrosion untuk sebuah struktur sebagai berikut : [Section 6.3.2 of Common Structural Rules for Double Hull Oil Tanker, 2010].
Perhitungan pada tegangan penumpu lambung dengan menggunakan tebal aktual ditambahkan -0,25tcorr. Namun, untuk bagian struktur lainnya, seperti penegar dan pelat, perhitungan tegangan menggunakan tebal actual ditambahkan - 0,5tcorr.
Gambar. 1. Faktor korosi
B. Kondisi Pembebanan
Struktur bangunan apung mendapat beban yang beragam selama masa operasinya. Beban-beban tersebut diantaranya adalah functional loads, dead loads, live loads, environmental loads, sea loads (gelombang dan arus), wind loads, seismic loads dan Accidental loads. Semua beban tadi yang besar dan arahnya beragam akan menyebabkan timbulnya tegangan yang bervariasi pada struktur, yang akan mengarah pada kerusakan karena kelelahan. Beban kelelahan adalah salah satu parameter kunci dalam analisis fatigue. Hal yang dimaksud adalah beban jangka panjang selama proses kerusakan akibat kelelahan terjadi.
III. METODOLOGI
Pada tugas akhir ini dilakukan pemodelan pada struktur geladak kapal di daerah midship dengan menggunakan MSC Patran dan Nastran. Setelah dibuat struktur geladak, material properties dimasukkan pada model (tebal pelat), Kemudian dilakukan perhitungan beban yang akan diinputkan pada model.
A. Pembebanan
Pembebanan yang dimasukkan pada model FE berdasarkan pada perhitungan beban BKI section 4. Untuk perhitungan beban yang bekerja pada struktur berupa beban statis dan
beban dinamis. Beban dinamis gelombang yaitu terkena gelombang sagging.
Beban-beban yang terjadi pada kapal menurut CSR terdiri dari 2 macam beban. Beban tersebut antara lain beban gelombang (eksternal) statis / static wave pressure, beban gelombang (eksternal) dinamis / dynamic wave pressure.
Beban gelombang (eksternal) merupakan beban pada kapal yang ditimbulkan dari gelombang air laut.
1) Beban Statis
Untuk geladak kekuatan yang diperlukan sebagai geladak cuaca dan geladak akil, maka besar beban tidak boleh kurang dari dua nilai perhitungan di bawah ini :
dengan z adalah jarak vertikal pusat beban konstruksi di atas garis dasar [m], P0= 2,1 * ( CB + 0,7 )* C0 * CL * f *CRW beban luar dasar dinamis [kN/m2], Tsarat pada kapal [m], H tinggi kapal [m].
2) Beban Dinamis Gelombang Air Laut MWV = L2 * B * C0 * C1 * CL * CM
dengan C0 adalah koefisien gelombang air laut
C
1Skondisi saat sagging = - 0,11 ( CB + 0,7 ) CL = 1,0 untuk L >= 90 mCMS kondisi saat sagging
= cv
Setelah melakukan input pembebanan pada model, langkah selanjutnya adalah melakukan running model menggunakan solver MSC Nastran sehingga akan didapatkan tegangan. Hasil tegangan pada setiap balok geladak yang didapat dari analisa dapat mencari harga lebar efektif pelat.
IV. ANALISA Hasil dari pemodelan sebagai berikut:
Gambar 4.1 Hasil dari pemodelan struktur geladak A. Variasi pada satu kali jarak balok geladak ( 3600 mm )
Tabel IV.2 Hasil Tegangan pada satu kali jarak balok geladak
Tabel IV.3 Hasil perataan tegangan pada satu kali jarak balok geladak
No. Rata2 Beam No. Rata2 Beam
N/mm² N/mm²
1 108.575 8 107.5
2 122.25 9 130
3 100.45 10 114
4 108.75 11 110.25
5 111 12 102.175
6 127.75 13 123.75
7 107.75 14 111.25
Grafik IV.1 Hasil perataan tegangan pada satu kali jarak balok geladak
Tabel IV.4 Hasil luasan dari kurva tegangan untuk satu kali jarak balok geladak
No. Rata2
Beam Luas Grafik
N/mm²
1 108.575 103871.25
2 122.25 100215
3 100.45 94140
4 108.75 98887.5
5 111 107437.5
6 127.75 105975
7 107.75 96862.5
8 107.5 106875
9 130 109800
10 114 100912.5
11 110.25 95591.25
12 102.175 101666.25
13 123.75 105750
14 111.25
B. Variasi pada dua kali jarak balok geladak ( 7200 mm ) Tabel IV.5 Hasil Tegangan pada dua kali jarak balok geladak
No. Beam 1 Beam 2 Beam 3
N/mm² N/mm² N/mm²
1 127 118 109
2 124 126 115
3 127 106 123
4 78.1 110 86.9
5 91.9 189 80.4
6 127 81.4 119
7 109 115 101
8 386 351 115
9 105 116 111
No. Beam 4 Beam 5 Beam 6 Beam 9 N/mm² N/mm² N/mm² N/mm²
1 110 116 109 99.3
2 123 128 121 117
3 101 104 99.7 97.1
4 109 110 108 108
5 111 110 111 112
6 129 126 128 128
7 110 109 108 104
8 110 107 107 106
9 131 127 129 133
10 111 110 111 124
11 110 111 108 112
12 102 104 99.7 103
13 123 128 121 123
14 111 116 109 109
10 134 84.3 78.4
11 86.3 188 85
12 81 113 123
13 130 106 116
14 125 128 110
15 126 117
Beam 7 Beam 8 Beam 10
N/mm² N/mm² N/mm²
105 106 135
118 109 132
99.9 118 117
112 78.3 152
186 94.5 180
78.7 114 128
126 108 165
123 106 178
79.2 114 182
186 93.7 334
112 77.6 114
100 118 117
118 110 145
105 106 163
Tabel IV.6 Hasil perataan tegangan pada dua kali jarak balok geladak
No. Rata2 Beam No. Rata2 Beam
N/mm² N/mm²
1 116.666667 8 209.83333
2 120.666667 9 117.86667
3 115.15 10 151.73333
4 102.883333 11 110.48333
5 136.966667 12 108.66667
6 108.016667 13 120.83333
7 120.666667 14 122.83333
Grafik IV.2 Hasil perataan tegangan pada dua kali jarak pembujur
Tabel 4.7 Hasil luasan dari kurva tegangan pada dua kali jarak balok geladak
No. Rata2 Beam N/mm² Luas Grafik 1 116.6666667 106800.3
2 120.6666667 106117.65
3 115.15 98114.85
4 102.8833333 107932.5
5 136.9666667 110242.8
6 108.0166667 102907.8
7 120.6666667 148725
8 209.8333333 147465
9 117.8666667 121320
10 151.7333333 117997.2
11 110.4833333 98617.5
12 108.6666667 103275
13 120.8333333 109649.7
14 122.8333333 109949.85
15 121.5
C. Lebar Efektif Pelat
Tabel 4.8 Hasil lebar efektif dari hasil pemodelan dengan satu jarak balok geladak
Luas Grafik e'm e'm = n * bm n = 3
103871.25
100215 1669.417 556.4723926 94140
98887.5 1774.966 591.6551724 107437.5
105975 1670.548 556.8493151 96862.5
106875 1895.233 631.744186 109800
100912.5 1848.355 616.1184211 95591.25
101666.25 1930.585 643.5282603 105750
Tabel 4.9 Hasil lebar efektif dari hasil pemodelan dengan dua jarak balok geladak
Luas Grafik e'm e'm = n * bm n = 3
106800.3
106117.65 1764.513398 588.1711326 98114.85
107932.5 2002.728171 667.576057 110242.8
102907.8 1973.312143 657.7707144 148725
147465 1411.548848 470.5162828 121320
117997.2 1577.22232 525.7407733 98617.5
103275 1857.906442 619.3021472 109649.7
109949.85 1787.784668 595.9282225
Berikut adalah hasil lebar efektif dengan perhitungan menggunakan BKI :
Tabel 4.12 Hasil lebar efektif pelat e’m
a ( mm ) b ( mm ) bm ( mm ) e'm
3600 900 583.7485562 1751.246
7200 900 583.7485562 1751.246
Tabel 4.13 Hasil lebar efektif pada perhitungan rumus bleich
a ( mm ) b ( mm
) α = a/b α² K
3600 900 4 16 4
7200 900 8 64 4
σkr ( kN/m² )
σm
σs bm ( mm ) σkr/σm
8.970775463 0.5231 17.14925533 685.395 2.242693866 0.5231 4.287313832 2.10221379
V. KESIMPULANDANSARAN
Berdasarkan hasil pembahasan, kesimpulan yang dapat diambil adalah tegangan terbesar terletak pada pembujur no 8 dan 9. Lebar efektif pelat sebesar 631.7442mm dan 470,5163 mm. Hal ini terdapat perbedaan sebesar 8,22 % dengan perhitungan BKI. Untuk penelitian selanjutnya dapat dilakukan variasi perhitungan yang terdapat pada hasil pemodelan tidak hanya dilihat dari hasil tegangan aksial saja, bisa juga dilihat dari hasil tegangan gesernya sehingga didapattkan hasil lebar efektif yang bervariasi.
UCAPANTERIMAKASIH
Para penulis mengucapkan terima kasih kepada Jurusan Teknik Perkapalan yang telah membiayai dan memfasilitasi dalam terselesaikannya penelitian ini terutama fasilitas Laboratorium Konstruksi dan Kekuatan Kapal.
DAFTAR PUSTAKA
[1] American Bureau of Shipping, Guidance Notes on - Safehull Finite Element Analysis Of Hull Structures, American Bureau of Shipping, Houston, 2004.
[2] Bureau Classifications Indonesia, Rules for the Classification and Construction of Seagoing steel ships, Volume II, 2008
[3] Bleich, Friedrich, Buckling Strength of Metal Structure, New York, 1952.
[4] International Association of Classification Societies, Common Structural Rules for Double Hull Oil Tanker, IACS Council, London, 2010.
