5 Pemodelan Struktur

(1)

Bab

5

5 Pemodelan Struktur

5.1 Konfigurasi Umum Jacket

Anjungan yang dimodelkan dalam Tugas Akhir ini merupakan suatu bangunan fixed platform tipe jacket yang memiliki 4 buah kaki yang terpancang ke dalam. Secara umum, deskripsi dari anjungan adalah sebagai berikut:

1. Substruktur berada sampai kedalaman 172 ft dari LAT (Low Astronomical Tide) dan terpancang ke dalam tanah dengan 4 buah kaki.

2. Horizontal framing terhadap MSL a. EL + 12.5 ft

b. EL – 26.75 ft c. EL – 70.00 ft d. EL – 119.00 ft e. EL – 172.00 ft

3. Elevasi Jacket working point terhadap MSL a. EL + 18.00 ft transition work point b. EL + 15.5 ft top of jacket

c. EL -172.00 ft mudline elevation

4. Lebar jacket (antara baris 1 and 2 ) adalah 40 ft

5. Panjang jacket (antara baris A and B ) adalah 40 ft

(2)

5.2 Model Komputer

5.2.1 Sistem Koordinat

Sistem kordinat yang digunakan dalam pemodelan anjungan adalah sebagai berikut:

1. Arah +X : berada dari titik tengah anjungan menuju ke arah selatan anjungan

2. Arah +Y : berada dari titik tengah anjungan menuju ke arah timur anjungan

3. Arah +Z : tegak lurus keatas dengan titik asal (titik nol) berada pada MSL.

Untuk mendapat gambaran yang lebih jelas terhadap system koordinat dari anjungan dapat dilihat pada Gambar 5.1.

X X X X

1

2 A

B

True Nor th Platform North 36.51°

Gambar 5.1 Sistem koordinat untuk model anjungan.

5.2.2 Model

Deck

Pemodelan bagian deck untuk anjungan terbagi menjadi 4 bagian, yaitu: Main deck (+55.83 ft), Well Head Access (+40.25 ft), Cellar deck (+33.83 ft), dan Sub Cellar deck (+23.50 ft). Model dari setiap deck dapat dilihat pada Gambar 5.2 – Gambar 5.5.

(3)

Gambar 5.2 Model main deck.

(4)

Gambar 5.4 Model cellar deck.

(5)

5.2.3 Model Struktur

Jacket

Model komputer untuk struktur jacket ini dibuat dengan menggunakan struktur rangka batang dengan koordinat asal (0,0,0) berada pada garis tengah struktur di MSL. Untuk jacket leg, pile dan konduktor dimodelkan berada pada kondisi flooded, sementara untuk bagian-bagian lain struktur dianggap tidak mangalami flooded. Pemodelan dari struktur jacket dapat dilihat pada Gambar 5.6 – Gambar 5.14.

(6)

Gambar 5.7 Jacket Row B.

(7)

Gambar 5.9 Jacket Row 2.

(8)

Gambar 5.11 Plane at view -26.75 ft.

(9)

Gambar 5.13 Plane at view -119.00 ft.

(10)

5.2.4 Sistem Penamaan Grup

Untuk memudahkan pada saat memasukkan beban pada member, digunakan sistem grup untuk mengumpulkan member-member yang sejenis. Sistem penamaan dari grup yang ada pada model anjungan ini disajikan pada Tabel 5.1.

Tabel 5.1 Sistem Penamaan Grup Member pada Anjungan Deskripsi Grup JACKET Leg LG* Pile PL* Wishbone W.B Conductor CN* Conductor Guide CG* Mudmat MMB Diagonal Bracing JD* Bracing at +12.50 ft A0* Bracing at -26.50 ft B0* Bracing at -70.00 ft C0* Bracing at -119.00 ft D0* Bracing at -172 ft E0* DECK Main Deck M**

Well Head Access WB*

Cellar Deck C**

Sub Cellar Deck BS*

Deck Vertical Members DL* Deck Vertical Diagonal Members X**

5.2.5 Dimensi Member

Dimensi member yang digunakan dalam anjungan ini dapat dilihat pada Tabel 5.2.

Tabel 5.2 Dimensi Member Group

Member Group Diameter (inch) Wall Thickness (inch) Member Group Diameter (inch) Wall Thickness (inch) LG1 48.25 1.75 LGA 47.00 1.00 47.00 1.00 48.25 1.75 LG2 48.25 1.75 LGB 48.25 1.75 46.50 0.75 47.00 1.00 LG3 48.25 1.75 LGC 48.25 1.75 46.50 0.75 46.50 0.75 LG4 48.25 1.75 DL1 42.00 1.38 47.25 1.25 PL1 42.00 1.25 49.00 2.00 PL2 42.00 1.25

(11)

Tabel 5.2 Dimensi Member Group (lanjutan).

Member

Group Diameter (inch) Wall Thickness (inch) Member Group Diameter (inch) Wall Thickness (inch)

PL3 42.00 1.25 MMB W 16X30 PL4 42.00 1.25 MD1 IPE A600 PL5 42.00 1.25 MD2 IPE 270 W.B 45.00 1.25 MD3 W 12X30 CN1 14.00 0.50 MD4 W 8X40 CN2 30.00 1.00 MD5 IPE 600 CG1 15.00 1.00 MD6 12.75 0.50 JD1 22.00 1.25 MD7 C 250X80 JD2 24.00 0.63 MD8 L757506 JD3 26.00 0.75 MD9 L10010 JD4 30.00 0.88 MD0 C 250X80 JD5 30.00 1.25 MT1 W 36X230 JD6 10.75 0.50 MT2 W 21 X64 A01 20.00 0.75 WB1 W 10X22 A02 20.00 0.50 WB2 W 12X16 A03 14.00 0.38 BR1 6.63 0.37 A04 14.00 0.50 BR2 4.50 0.50 A05 12.75 0.38 CD1 W 27X178

A06 10.75 0.37 CD2 IPE A600

A07 6.63 0.37 CD3 IPE 270 A08 W 12X30 CD4 IPE 600 A09 L303006 CD5 W 10X49 B01 18.00 0.75 CD6 W 8X21 B02 14.00 0.50 CD7 W 38X31 B03 10.75 0.37 CD8 W 6X9 C01 20.00 0.63 CD9 W 12X30 C02 18.00 0.38 CE1 C 250X80 C03 14.00 0.75 CE2 C 8X115 C04 14.00 0.38 CE3 C 4X53 C05 14.00 0.50 CE4 C 6X82 C06 12.75 0.38 CE5 L757506 D01 20.00 0.50 CT1 W 36X230 D02 20.00 0.38 CT2 W 36X232 E01 26.00 0.63 BS1 IPE 300 E02 24.00 0.50 BS2 W 12X30 E03 24.00 0.50 BS3 MC 6X151 E04 24.00 0.50 BS4 W 8X31 E05 12.75 0.50 BS5 L404010

(12)

5.2.6 Model Anjungan

Model lengkap SACS untuk anjungan dapat dilihat pada Gambar 5.10 dibawah ini.

Gambar 5.15 Model SACS untuk anjungan.

5.3 Pemodelan Pembebanan

Pemodelan pembebanan dilakukan setelah model struktur selesai dibuat. SACS 5.1 dapat meminta input beban dari modul Precede ataupun modul Data Generator. Input beban dapat dimasukkan sebagai beban dasar (Basic Load Condition) untuk kemudian dikombinasikan dengan aturan tertentu (Load Combination) agar menghasilkan kondisi pembebanan yang paling ekstrim.

5.3.1 Beban Mati

Beban mati keberadaannya permanen pada platform dan akan selalu dihitung pada semua kombinasi pembebanan. Yang termasuk kedalam beban mati adalah berat sendiri struktur, beban peralatan, WOR dead load, dan Hook crane.

(13)

A. Berat Sendiri Struktur

Berat sendiri struktur yang digunakan adalah Nominal Self Weight dengan input water density 64.2 lb/ft3_{. Berat ini dihitung otomatis oleh SACS 5.1 berdasarkan member yang}

dimodelkan saja. Properties penampang dan model struktur merupakan faktor yang menentukan berat sendiri struktur ini.

B. Beban Peralatan (Deck Equipment)

Beban deck adalah beban peralatan diatas deck yang diterapkan sesuai dengan data peralatan yang terdapat pada masing-masing deck. Pembebanan dari setiap deck untuk beban peralatan lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 5.16 – Gambar 5.19.

(14)

Gambar 5.17 Cellar deck equipment (LC2).

(15)

Gambar 5.19 Jacket walkway equipment (LC2).

5.3.2 Beban Hidup

Beban hidup pada anjungan mencakup beban angin, arus, dan gelombang. Beban hidup dihitung pada 8 arah untuk mendapatkan kondisi pembebanan yang paling membahayakan anjungan tersebut.

A. Beban Angin

1. Beban Angin pada Main Deck

MAIN DECK

INPUT _Operation _Storm

Reference Elevation zR 33.00 ft 33.00 ft

Wind Speed For 1 Hour Average V(1hr,zR) 37.84 ft/s 57.20 ft/s

Current Elevation z 55.83 ft 55.83 ft

Kecepatan angin pada ketinggian 55.83 ft selama 1 jam : (Operation) = ⎛_⎜ ⎞_⎟ = ⋅⎛_⎜ ⎞_⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ . . . . 0 125 0 125 55 33 z 55 83 v v 37 84 33 33 = 40.50 ft/sec (Storm) = ⎛_⎜ ⎞_⎟ = ⋅⎛_⎜ ⎞_⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ . . . . 0 125 0 125 55 33 z 55 83 v v 57 20 33 33 = 61.42 ft/sec

(16)

H a h e a X Elv. Z1 Y Elv. Z2 YZ View XZ View Ax Ay Y X Z Current deck Elv. he

Gambar 5.20 Gaya angin pada main deck.

Elevasi Main Deck (Z1) = 55.83 ft Elevasi Cellar Deck (Z2) = 33.83 ft

Tinggi Peralatan (He) = 2.00 ft a = 0.5 (Z1 - Z2) = 0.5 (55.83 – 33.83) = 11.00 ft

Tinggi Wind Area (H) = he + a = 13 + 5.5 = 13.00 ft

Gaya Angin dalam arah sumbu X

Panjang Y = 76.83 ft Luas Proyeksi (Y x H) = 998.83 ft2 ρ ⎛ ⎞ =_{⎜ ⎟} = ⎝ ⎠ 2 s F v C A 2 62.381 kips (operation)

Gaya angin total pada main deck dibagi merata ke 4 joint, sehingga masing-masing joint mendapat gaya angin sebesar : 15.595 kips (operation)

ρ ⎛ ⎞ = ⎜ ⎟_{⎝ ⎠} 2 s F v C A 2 = 142.543 kips (storm)

Gaya angin total pada main deck dibagi merata ke 4 joint, sehingga masing-masing joint mendapat gaya angin sebesar : 35.636 kips (storm)

Gaya Angin dalam arah sumbu Y

Panjang X = 73.00 ft Luas Proyeksi (X x H) = 949.00 ft2 ρ ⎛ ⎞ =_{⎜ ⎟} = ⎝ ⎠ 2 s F v C A 2 59.269 kips (operation)

Gaya angin total pada main deck dibagi merata ke 4 joint, sehingga masing-masing joint mendapat gaya angin sebesar : 14.817 kips (operation)

(17)

Gaya angin total pada main deck dibagi merata ke 4 joint, sehingga masing-masing joint mendapat gaya angin sebesar : 33.858 kips (storm)

2. Beban Angin pada Cellar Deck

CELLAR DECK

Gaya angin yang terjadi pada cellar deck dapat dilihat pada Gambar 5.21 di bawah.

H a b a X Elv. Z2 Y Elv. Z3 YZ View XZ View Ax Ay Y X Z Current deck Elv. Z1 b

Gambar 5.21 Gaya angin pada cellar deck.

Elevasi Main Deck (Z1) = 55.83 ft Elevasi Cellar Deck (Z2) = 33.83 ft

Elevasi Sub Cellar Deck (Z3) = 23.50 ft

Tinggi Peralatan (He) = 22.00 ft b = 0.5 (Z1 - Z2) = 0.5 (55.83 – 33.83) = 11.00 ft

a = 0.5 (Z2 – Z3)= 0.5 (33.83 – 23.50) = 5.17 ft

Tinggi Wind Area (H) = b + a = 11 + 5.5 = 16.17 ft

(18)

Gaya angin total pada cellar deck dibagi merata ke 4 joint, sehingga masing-masing joint mendapat gaya angin sebesar : 20.577 kips (operation)

Gaya angin total pada cellar deck dibagi merata ke 4 joint, sehingga masing-masing joint mendapat gaya angin sebesar : 47.019 kips (storm)

Gaya angin total pada cellar deck dibagi merata ke 4 joint, sehingga masing-masing joint mendapat gaya angin sebesar : 63.450 kips (operation)

Gaya angin total pada cellar deck dibagi merata ke 4 joint, sehingga masing-masing joint mendapat gaya angin sebesar : 144.985 kips (storm)

3. Beban Angin pada Sub Cellar Deck

SUB CELLAR DECK

(19)

H a b a X Elv. Z2 Y Elv. Z3 YZ View XZ View Ax Ay Y X Z Current deck Elv. Z1 b

Gambar 5.22 Gaya angin pada sub cellar deck.

Elevasi Cellar Deck (Z1) = 33.83 ft Elevasi Sub Cellar Deck (Z2) = 23.50 ft

Elevasi Jacket Walkway (Z3) = 12.50 ft

Tinggi Peralatan (He) = 22.00 ft b = 0.5 (Z1 - Z2) = 0.5 (55.83 – 33.83) = 5.17 ft

a = 0.5 (Z2 – Z3)= 0.5 (33.83 – 23.50) = 5.50 ft

Tinggi Wind Area (H) = b + a = 11 + 5.5 = 10.67 ft

Gaya angin total pada sub cellar deck dibagi merata ke 2 joint, sehingga masing-masing joint mendapat gaya angin sebesar : 15.557 kips (operation)

Gaya angin total pada sub cellar deck dibagi merata ke 2 joint, sehingga masing-masing joint mendapat gaya angin sebesar : 35.547 kips (storm)

Gaya angin total pada sub cellar deck dibagi merata ke 2 joint, sehingga masing-masing joint mendapat gaya angin sebesar : 4.528 kips (operation)

(20)

Gaya angin total pada sub cellar deck dibagi merata ke 2 joint, sehingga masing-masing joint mendapat gaya angin sebesar : 10.346 kips (storm)

4. Beban Angin pada Jacket Walkway

JACKET WALKWAY

Gaya angin yang terjadi pada jacket walkway dapat dilihat pada Gambar 5.23 di bawah. H b X Elv. Z2 Y YZ View XZ View Ax Ay Y X Z Current deck Elv. Z1 b

Gambar 5.23 Gaya angin pada jacket walkway.

Elevasi Sub Cellar Deck (Z1) = 23.50 ft

Elevasi Jacket Walkway (Z2) = 12.50 ft

b = 0.5 (Z1 – Z2)= 0.5 (23.50 – 12.50) = 5.50 ft

Tinggi Wind Area (H) = b = 5.50 ft

Gaya angin total pada jacket walkway dibagi merata ke 4 joint, sehingga masing-masing joint mendapat gaya angin sebesar : 3.406 kips (operation)

(21)

Gaya angin total pada jacket walkway dibagi merata ke 4 joint, sehingga masing-masing joint mendapat gaya angin sebesar : 7.782 kips (storm)

Gaya angin total pada jacket walkway dibagi merata ke 4 joint, sehingga masing-masing joint mendapat gaya angin sebesar : 2.632 kips (operation)

Gaya angin total pada jacket walkway dibagi merata ke 4 joint, sehingga masing-masing joint mendapat gaya angin sebesar : 6.014 kips (storm)

B. Beban Arus dan Gelombang

Agar menghasilkan kondisi pembebanan yang paling berbahaya, arus dan gelombang selalu dibuat searah. Untuk kondisi operasional dan ekstrim. Ketinggian dan perioda gelombang untuk semua arah menggunakan data seperti pada Tabel 4.4 sedangkan data arus menggunakan data seperti pada Tabel 4.6 dan Tabel 4.7. Arus dan gelombang diperhitungkan pada 12 arah.

Perhitungan beban gelombang dilakukan menurut teori gelombang yang berlaku, untuk itu perlu dilakukan pengujian berdasarkan daerah validasi teori gelombang menurut API RP2A.

Perhitungan gelombang dapat dilihat seperti di bawah ini :

1. Kondisi Operating : H= 10.70 ft T= 7.60 sec dan d = elevasi mudline = 172 ft = = = = . . ( . ) . . . ( . ) 2 2 2 2 d 172 0 092 gT 32 2 7 6 H 10 7 0 006 gT 32 2 7 6

menurut grafik daerah validasi gelombang API RP2A, maka dipakai teori gelombang stokes 5th_.

2. Kondisi Ekstrim :

H= 16.30 ft T= 8.10 sec d = elevasi mudline = 172 ft

(22)

= = = = . . ( . ) . . . ( . ) 2 2 2 2 d 172 0 081 gT 32 2 8 1 H 16 3 0 008 gT 32 2 8 1

menurut grafik daerah validasi gelombang API RP2A, maka dipakai teori gelombang stokes 5th_{. Grafik mengenai daerah aplikasi teori gelombang dapat dilihat pada}

Gambar 3.3 dalam Bab 3 Dasar Teori.

Untuk mencari gaya gelombang pada struktur dapat digunakan persamaan Morison. Dimana persamaan Morison dapat digunakan apabila perbandingan diameter dan panjang gelombang lebih kecil atau sama dengan 0.2 .

Member tubular terbesar yang digunakan pada struktur mempunyai diameter D = 48.25 in = 4.02 ft, sehingga : Kondisi Operating Panjang Gelombang 2 2 0

32.2(7.6)

2

2 gT

L

π

=

296.008 ft 0 172 _0.581 296.008 d L = =

Dari tabel C-1 pada Shore Protection Manual didapat :

= L d 0.582 maka L= 295.634 ft 4.021 _0.014 295.634 D L = = < 0.2 Kondisi Storm Panjang Gelombang 2 2 0

32.2(8.1)

2

2 gT

L

π

=

336.237 ft 0 172 _0.512 363.237 d L = =

Dari tabel C-1 pada Shore Protection Manual didapat :

= L d 0.514 maka L= 334.891 ft 4.021 _0.012 334.891 D L = = < 0.2

Sehingga persamaan morison dapat digunakan untuk menghitung beban gelombang yang bekerja pada struktur untuk kondisi operating maupun storm. Contoh pembebanan gelombang dan arus untuk kondisi operating dan storm pada arah 0o_{dapat dilihat pada}

(23)

Gambar 5.24 Beban arus dan gelombang pada arah 0o_{untuk kondisi operating.}

(24)

C. Beban Hidup

Beban hidup lain yang diterapkan adalah beban peralatan pada deck yang dapat dipindahkan, beban personil, beban dari tempat tinggal dan lain-lain. Beban hidup yang diterapkan pada tiap deck sesuai dengan yang tertera pada Tabel 4.13. Kondisi pembebanan untuk live load pada tiap deck dapat dilihat pada Gambar 5.26 – Gambar

5.28.

(25)

Gambar 5.27 Beban hidup untuk well head access (LC4).