BAB 3
METODE ANALISIS
3.1 ANALISIS LINIER STATIK
Analisis linier statik dilakukan dengan menghitung rasio tegangan sebelum dan sesudah terjadi penurunan. Stuktur akan berperilaku linier, jika leleh pertama tidak terlampaui. Pada program SACS, kondisi dimana rasio tegangan lebih besar daripada 1.0, ini berarti member atau join pada analisis melebihi kondisi linier sehingga perlu dilakukan analisis non-linier untuk mengetahui perilaku struktur platform.
3.1.1 Program Komputer SACS
Gambar 3. 1 Bidang cakupan anjungan lepas pantai
Sistem SACS memiliki banyak analisis struktur statis dan dinamik seperti transportasianjungan lepas pantai dan kemampuan instalasi yang terdiri dari banyak modul program yang sepenuhnya terhubung satu sama lain. Berikut ini adalah daftar program SACS dengan beberapa kemampuannya.
a. Precede
Pemodelan dengan grafik berwarna layar penuh
• Kemampuan kreasi model termasuk geometri, material, properti member, dan pembebanan.
• Deteksi error input secara otomatis.
• Pemodelan beam atau elemen terbatas termasuk elemen pelat dan dinding.
• Pembentukan jacket dan deck anjungan lepas pantai secara otomatis.
• Pembentukan kurva kartesian, silinder, dan bola.
• Pembuatan pembebanan secara otomatis termasuk gravitasi, tekanan, dan pembebanan peralatan skid.
• Kemamupuan kreasi data seastate.
• Kemampuan perencanaan dan pelaporan secara luas.
• Pembuatan parameter pemeriksaan kode termasuk K-faktor dan tekanan panjang flens tanpa pengaku.
b. Generator data
Menghasilkan data untuk semua program
• Editor layar penuh dengan label dan hal-hal pokok serta tersedia pertolongan untuk input data.
• Tersedia form untuk input data dalam mode layar penuh.
c. Seastate
Generator beban lingkungan
• Implementasi penuh API 20
thedition.
• Mendukung teori gelombang Stokes orde ke-5.
• Mengubah beban menjadi angin, gravitasi, gaya apung, dan aliran lumpur.
• Marine growth, member terisi air dan tidak tersisi air
• Diameter, angka Reynolds dan efek penemuan gelombang yang tergantung pada koefisian drag dan koefisien inersia.
• Gelombang yang ditentukan sendiri oleh pengguna.
• Gaya pada badan bukan struktur.
• Penempatan gelombang secara otomatis untuk maksimum atau minimum geser atau momen.
• Pemodelan gelombang tertentu dan acak untuk respon dinamik.
• Pemodelan member hidrodinamis untuk pemodelan analisis statis dan dinamik.
d. SACS IV
Analisis statis beam dan elemen terbatas
• Elemen balok termasuk tubular, bola, flens lebar, channels, angels, cones, plat dan box girder serta silinder dan persegi yang diperkaku.
• Elemen kokoh dan pelat (isotropik dan diperkaku).
• Elemen shell isoparametrik node 6,8, dan 9.
• Kumpulan penampang AISC, Inggris, Eropa, Jerman, Cina , dan Jepang.
• Offset lokal dan global member, plat, dan shell.
• Beban temperatur elemen hingga dan balok.
• Penetapan support elastis dalam sistem koordinat joint acuan atau global.
• Defleksi joint support tertentu.
• Terdiri dari 400 load case.
e. PSI
Interasksi struktur dan pile, serta tanah dengan perilaku non-linier
• Meliputi efek balok kolom.
• Pile tidak seragam.
• Kurva P-Y dan T-Z, adesi aksial dan spring tanah .
• API P-Y, T-Z, skin friction dan data adesi yang diambil dari properti tanah sesuai API 10
th-20
th.
• Perubahan kuvra P-Y untuk perubahan elevasi tanah.
• Penampilan secara grafik data tanah dan hasilnya termasuk tegangan, kurva P-Y dan T-Z.
• Super elemen pile.
f. Postvue
Grafik post-processor
• Pemeriksaan kode standar dan desain ulang.
• Tampilan diagram momen dan lintang.
• Tampilan bentuk defleksi dari analisis statik dan dinamik.
• Pengeplotan warna perhitungan tegangan pelat.
• Kendali pengguna terhadap semua kode standar.
• Pemeriksaan standar dan desain ulang elemen individu maupun grup.
• Mendukung kode standar yang sama dengan modul post.
• Kemampuan tambahan pelaporan dan pengeplotan.
• Hasil dengan kode warna dan pengepolan unity check.
• Membuat input model file terbaru untuk dianalissi ulang.
• Label rasio UC, gaya dan tegangan elemen.
g. Respon Gelombang Respon gelombang dinamik
• Gelomban sembarang dan pasti.
• Pierson-Muscovite, JONSWAP, Ochi-Hubble dan spektra dari pengguna.
• Struktur fluida kecepatan dan percepatan relatif dihitung.
• Meliputi beban apung dinamik.
• Redaman fluida non-linier dan percepatan modal.
• Bentuk respon steady state tertutup pada daerah frekuensi.
• Pengeplotan fungsi tegangan, beban internal, geser, dan pemindahan momen.
• Pasangan dengan program fatigue.
• Respon dinamik elastik dari struktur terapung.
• Input dan output densitas kekuatan spektra dengan distribusi probabilitas.
h. Program utama SACS
Garis besar untuk kumpulan program
• Mengendalikan dan menghubungkan semua elemen sistem SACS.
• Menjalankan semua program SACS .
• Eksekusi analisis kumpulan program.
• Membolehkan akses ke semua pengaturan konfigurasi sistem SACS termasuk sistem lokasi penyimpanan file dan pengaturan kunci keamanan .
• Meliputi perintah pertolongan dan tombol tenaga untuk eksekusi tugas paling umum.
3.2 ANALISIS NON-LINIER STATIK
3.2.1 Program Komputer USFOS
Program yang digunakan untuk analisis pushover adalah USFOS. USFOS merupakan program komputer untuk analisis keruntuhan yang bertahap pada sturktur anjungan lepas pantai yang dikembangkan oleh SINTEF (The Foundation for Scientific and Industrial Research at The Norwegian Institute of Technology).
USFOS adalah program elemen hingga untuk analisis non-linier statik dan
dinamik pada struktur rangka. USFOS dapat menampilkan beban-beban luar,
seperti beban impak atau beban temperatur.
Program ini khusus dikembangkan untuk analisis struktur rangka 3D yang bertahap.
o Filosofi dasar pada USFOS adalah untuk menggunakan data untuk analisis elemen hingga yang masih sangat kasar, namun masih bisa didapatkan hasil yang akurat dan dapat diandalkan.USFOS hanya memerlukan satu elemen hingga untuk tiap elemen fisik pada struktur. Modal struktur pada analisis linier bisa digunakan dalam analisis non-linier USFOS.
o USFOS beroperasi pada resultan tegangan elemen, contohnya gaya-gaya dan momen. Material non-linier dimodelkan dengan sendi plastis pada tengah bentang dan ujung elemen.
o Formula dasar elemen dari USFOS berdasarkan pada solusi pasti dari persamaan diferensial untuk gaya diujung balok.
o Konsep dasar USFOS
o Efek dari perpindahan yang besar dan gabungan antara defleksi lateral dan regangan aksial dijadikan input dengan relasi regangan (green strain) daripada dengan regangan linier konvensional (engineering strain). Hal ini memberikan hasil perilaku elemen yang sangat akurat termasuk efek membran dan kolom buckling.
o Matrik kekakuan tangensial diambil dari perilaku konsisten dari prinsip energi. Hal ini menjaga agar persamaan tetap simetris dan mengijinkan penggunaan penyelesaian persamaan batas yang efisien.
o Matrik kekakuan tangensial dihitung dalam nilai mutlak, tanpa integrasi numerik pada penampang elemen atau panjang elemen. Hal ini memberikan formula yang efisien sehingga dapat mengoptimalkan penggunaan waktu.
o Model material dilakukan untuk perilaku linier plastis sempurna dan
karakteristik plastisifikasi – strain hardening. Tegangan leleh dan kapasitas
plastis diwakilkan oleh permukaan leleh yang berdasarkan pada interaksi
plastis antar gaya elemen.
o Saat sendi plastis diberikan, matriks kekakuan tangensial dimodifikasi tergantung pada plastisitas pada permukaan leleh, kecuali elemen unloading dan kembali ke kondisi linier.
o Penambahan beban dilakukan secara bertahap. Ukuran dari penambahan beban tersebut bervariasi tergantung pada jalur deformasi, contohnya jarak yang besar pada rentang linier dan jarak yang kecil dengan peningkatan perilaku non-linier.
o Jika beberapa gaya pada penampang elemen melebihi permukaan leleh, pena, penambahan beban diskalakan untuk membuat gaya-gaya mengikuti permukaan leleh.
o Penambahan gaya dikembalikan jika terdeteksi ketidakstabilan.
o Efek deformasi awal diikutsertakan untuk elemen balok.
o Efek lokal buckling penampang persegi panjang diikutsertakan. Kapasitas plastis penampang dikurangi sebagaimana bentuk penampang diperoleh kembali selama rotasi sendi plastis.
o Efek distorsi lateral, peyot lokal dan lokal buckling dianalisis untuk member tubular. Permukaan leleh plastis dari penampang yang rusak dimodifikasi berdasarkan ukuran dan orientasi kerusakan. Tidak ada pemodelan elemen hingga untuk kerusakan member yang dibutuhkan.
o Meliputi efek fleksibilitas lokal joint tubular. Analisis shell lengkap untuk tiap joint yang dipilih dimasukkan dalam analisis. Properti joint pada shelldihitung dengan USFOS dan ditunjukkan pada modal elemen hingga.
Tidaidak ada pemodelan manual elemen hingga yang dibutuhkan.
o Pemeriksaan kapasitas joint dan perilaku joint plastis diimplementasikan berdasarkan peraturan API dan DoE. Tambahan lagi, pengguna bisa menentukan kedua kapasitas tiap sambungang bracing dan kapasitas permukaan.
o Kriteria retak diimplementasikan berdasarkan level 3 kriteria CTOD, dapat
diaplikasikan untuk deformasi besar. Sebagai tambahan, sangat
memungkinkan untuk menentukan sebuah elemen menjadi retak setelah
dijalankan ulang.
o Member yang putus dan distribusi ulang gaya dari pemutusan elemn diintegrasikan dalam prosedur analisis.
o Sebuah algoritma terintegrasi untuk analisis tumbukan kapal diimplementasikan dan dihitung untuk:
o Deformasi lokal dinding tube pada titik tumbukan o Deformasi balok pada member yang tertumbuk o Deformasi global platform
o Gaya impak dihitung dengan program dan ditambahkan hingga energi tumbukan penuh terdisipasi. Gaya impak dilakukan unloading dan gaya serta deformasi tetap disimpan untuk analisis kekuatan sisa berikutnya .
o Elemen plat dengan 4 node tersedia untuk pemodelan pada kekakuan deck in-plane.
o Elemen pasif tersedia untuk pemodelan beban merata pada komponen yang tidak berkontribusi pada beban yang membawa kapasitas struktur.
Elemen tersebut tidak diikutsertakan dalam proses tiap langkah solusi.
o Mengulangi analisis yang terdahulu mungkin terjadi pada tiap tahap pembebanan. Hal ini memudahkan kendali terhadap analisis non-linier dan untuk menyesuaikan beban tertentu pada karakteristik non-linier struktur.
o Sangat memungkinkan untuk menekan kontribusi tiap elemen USFOS hingga load case yang diinginkan tercapai. Elemen tersebut kemudian dapat diaktifkan dan akan berkontribusi pada kekakuan global.
o Efek tekanan hidrostatik luar pada penampang tubular dengan kapasitas plastis dihitung.
o Bagian-bagian sistem struktur yang berperilaku linier sepernuhnya bisa dimodelkan dengan menggunakan pembuatan awal pengurangan matriks kekakuan super elemen dengan angka yang ditentukan dari node.
o Analisis nilai eigen dapat dilakukan untuk menghitung mode linier dan
buckling pada statik case begitu juga dengan frekuensi vibrasi dan mode
vibrasi untuk dinamik case. Hasilnya divisualisasikan dengan presentasi
o Daerah waktu non-linier analisis dinamik akan dilakukan dengan referensi khusus untuk masalah tambukan kapal dinamik. Formulanya termasuk massa struktur, massa dengan penambahan hidrodinamik , dan redaman struktur. Integrasi waktu numerik berdasarkan pada metode HHT-alfa termasuk redaman numerik yang berfrekuensi tinggi.
3.3 MODEL ANALITIK
Model analitik yang digunakan pada anjungan lepas pantai pada beberapa hal mirip dengan yang diadopsi dari berbagai tipe struktur baja. Hanya ciri-ciri yang menonjol dari model anjungan lepas pantai yang ditampilkan disini.
Model yang sama digunakan melalui proses analisis dengan hanya penyesuaian minor yang dilakukan untuk memenuhi kondisi khusus, misalnya bantuan khusus yang berhubungan dengan tiap analisis. Model tersebut terdiri dari beberapa bagian. Model yang menempel (elemn balok yang dipasang pada rangka batang) digunakan secra luas untuk struktur tubular (jacket, jembatan, flare boom) dan rangka batang (deck).
3.3.1 Joint
Pada analisis ini, modul pemeriksaan kapasitas joint digunakan. Bergantung pada geometri joint, kapasitas sambungan bracing kurang dari kapasitas bracing. Hal ini berarti bracing tersebut tidak dapt digunakan 100%. Pada model joint konvensional, batas transfer beban melewati permukaan sambungan diabaikan.
Pengguna menentukan node dimana kapasitas joint tubular harus
dipertimbangkan. Program selanjutnya akan menghitung geometri joint tubular
dan menunjukkan elemen tambahan, titik nodal, node dan material pada model
elemen hingga.
Properti material diatur sama dengan properti sambungan sebenarnya, namun penguatan tidak diijinkan. Model elemen dikembangkan dari teori shell yang dihubungkan dengan elemen balok menggunakan transformasi Navier. Transisi elemen mengatur properti joint pada shell dan membuat analisis shell terintegrasi mungkin terjadi.
Teknik tersebut menentukan titik tempat terjadinya tegangan begitu juga distribusi tegangan dengan akurasi yang baik (dari perbandingan dengan analisis menggunakan model elemen hingga shell).
Kapasitas dihitung berdasarkan API. Gambar 3.2 (a) menunjukan input model elemen hingga pada joint tubular oleh pengguna, sedangkan gambar 3.2(b) menunjukkan input model yang dimodifikasi.
Penomoran node dan elemen tambahan mengikuti aturan yang diilustrasikan pada gambar 3.3.
Gambar 3. 2 (a) Model joint konvensional, (b) Joint dengan pemeriksaan kapasitas
Gambar 3. 3 Penomoran elemen tambahan (oleh program)
Jika keakuratan lebih dibutuhkan, peninjauan khusus model vibrasi natural dan fleksibilitas lokal sambungan mungkin diwakilkan oleh matriks kekakuan joint.
Model utama harus dihitung untuk eksentrisitas dan penulangan lokal pada joint.
Model yang tipikal yaitu jacket di Laut Utara yang memiliki 800 node dan 4000 member.
3.3.2 Member
Elemen model yang tersedia dalam USFOS yang digunakan untuk diskrestisasi struktur jacket adalah elemen balok kolom tiga dimensi. Dalam Elemen model tersebut sudah termasuk didalamnya non linieritas material dan geometri.
Geometri Non Linieriti (Second order effect dari perpindahan) dipertimbangkan dengan menyertakan orde ke-2 regangan di dalam suatu elemen sementara pengaruh global diambil dengan memperbaharui koordinat node-nodenya.
Kemudian, formulasi Total Lagrangian diperhitungkan dalam elemen level.
Bagaimanapun, program tidak memperhitungkan Lagrangian total ketika referensi
sumbu x elemen diperbaharui mengikuti deformasi. Fornulasi dibelakang program
ini dapat digunakan untuk perpindahan yang besar, namun terbatas untuk
perpindahan kecil.
Program ini menyediakan interaksi permukaan dari 3 tipe elemen, Pipa, Profil IWF, dan kotak / boks. Diskretisasi finite elemen sangat mirip dengan pendiskretisasian dari program SACS kecuali yang disebutkan dalam konversi masukan file. Sketsa dari dari pendiskretisasian finite elemen dapat dilihat pada gambar
3.3.3 Model Pondasi
Karena perilaku non-linier, pondasi sering dianalisis terpisah dari model struktur.
Pondasi diwakilkan oleh beban ekivalen yang bergantung pada matriks kekakuan secan. Koefisien ditentukan dengan proses dimana gaya dan perpindahan pada batas umum model struktur dan pondasi dihitung.
Matriks ini mungkin disesuaikan dengan reaksi rata-rata yang cocok dengan masing-masing kondisi beban.
3.4 PEMBEBANAN
3.4.1 Beban Gravitasi
Beban gravitasi meliputi :
1. Berat sendiri struktur dan peralatan.
2. Beban hidup (peralatan, fluida, dan manusia).
Bergantung pada wilayah struktur di bawah penelitian, beban hidup harus diposisikan pada titik yang menghasilkan konfigurasi paling berat (tekan dan tarik). Hal ini mungkin muncul misalnya saat peletakan drilling rig.
3.4.2 Beban Lingkungan
Beban lingkungan terdiri dari gelombang, arus, dan angin yang diasumsikan
Pada umumnya, kejadian delapan gelombang dipilih dimana masing-masing posisi puncak relatif pada platform harus ditentukan sehingga momen dan geser maksimum dapat dihasilkan pada mud-line.
3.5 LANGKAH-LANGKAH ANALISIS
Analisis non-linier statik dilakukan dalam dua tahap. Tahap pertama, beban gravitasi diberikan pada struktur dan respon akibat gravitasi dihitung. Penyusunan rangka belum berkontribusi pada sistem kekakuan. Pada tahap ini, kekakuan struktur tetap linier.
Tahap kedua, beban lingkungan diberikan pada struktur. Penyusunan rangka diaktifkan (berkontribusi dalam sistem kekakuan). Pola beban mewakili beban lingkungan diberikan bertahap. Untuk tiap langkah, kekakuan struktur berkumpul dan penambahan perpindahan global dihitung. Penambahan elemen gaya dihitung dengan menggunakan kekakuan matriks tangensial dan penambahan perpindahan elemen. Pada setiap tingkat, sendi plastis diberikan pada elemen pada posisi dimana kapasitas telah dicapai. Matriks kekakuan modifikasi yang dihitung untuk sendi plastis dihitung dan prosesnya berlanjut pada tahap beban berikutnya.
Penampang yang telah mencapai kapasitas plastis tetap berada pada kondisi plastis, permukaan interaksi berpindah secara tangensial ke permukaan ini. Beban gelombang bertambah bertahap hingga beban lingkungan ekstrem didapat.
Beban Mati dan Hidup
(Faktor beban 1.1)
Beban Lingkungan Kondisi Storm
