ANALISIS KEKUATAN STRUKTUR DAN ESTIMASI FATIGUE LIFE PADA KONSTRUKSI CONTAINER CRANE TIPE RTG BERKAPASITAS SWL 35 TON PDF

Preview

Summary

TUGAS AKHIR ANALISIS KEKUATAN STRUKTUR DAN ESTIMASI FATIGUE LIFE PADA KONSTRUKSI CONTAINER CRANE TIPE RTG BERKAPASITAS SWL 35 TON RYANDI PERMANA PUTRA NRP. 6611040038 DOSEN PEMBIMBING ADI WIRAWAN HUSODO, S.T., M.T. MUHAMAD ARI, S.T., M.T. PROGRAM STUDI TEKNIK DESAIN DAN MANUFAKTUR POLITEKNIK PERKAPA...

Description

TUGAS AKHIR

ANALISIS KEKUATAN STRUKTUR DAN ESTIMASI FATIGUE LIFE PADA KONSTRUKSI CONTAINER CRANE TIPE RTG BERKAPASITAS SWL 35 TON

RYANDI PERMANA PUTRA NRP. 6611040038

DOSEN PEMBIMBING ADI WIRAWAN HUSODO, S.T., M.T. MUHAMAD ARI, S.T., M.T.

PROGRAM STUDI TEKNIK DESAIN DAN MANUFAKTUR POLITEKNIK PERKAPALAN NEGERI SURABAYA 2015

TUGAS AKHIR

ANALISIS

KEKUATAN

STRUKTUR

DAN

ESTIMASI

FATIGUE LIFE PADA KONSTRUKSI CONTAINER CRANE TIPE RTG BERKAPASITAS SWL 35 TON

Ryandi Permana Putra NRP.6611040038

DOSEN PEMBIMBING Adi Wirawan Husodo, ST., MT. Muhamad Ari, ST., MT.

PROGRAM STUDI TEKNIK DESAIN DAN MANUFAKTUR POLITEKNIK PERKAPALAN NEGERI SURABAYA 2015

i

FINAL PROJECT

STRUCTURAL STRENGTH ANALYSIS AND FATIGUE LIFE ESTIMATION

OF

RUBBER-TYRED

GANTRY

TYPED

CONTAINER CRANE CONSTRUCTION WITH 35 TONNES SAFE WORKING LOAD CAPACITY Ryandi Permana Putra NRP.6611040038

ADVISOR Adi Wirawan Husodo, ST., MT. Muhamad Ari, ST., MT.

PROGRAM OF STUDY DESIGN AND MANUFACTURE ENGINEERING POLYTECHNIC SHIPBUILDING STATE OF SURABAYA 2015

ii

ANALISIS KEKUATAN STRUKTUR DAN ESTIMASI FATIGUE LIFE PADA KONSTRUKSI CONTAINER CRANE TIPE RTG BERKAPASITAS SWL 35 TON

TUGAS AKHIR Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memeperoleh gelar S.Tr dari Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya

Oleh : Ryandi Permana Putra NRP : 6611040038 Program Studi Teknik Desain dan Manufaktur

TEKNIK DESAIN DAN MANUFAKTUR POLITEKNIK PERKAPALAN NEGERI SURABAYA 2015

iii

ANALISIS KEKUATAN STRUKTUR DAN ESTIMASI FATIGUE LIFE PADA KONSTRUKSI CONTAINER CRANE TIPE RTG BERKAPASITAS SWL 35 TON Oleh: Ryandi Permana Putra NRP. 6611040038 Pembimbing: 1. Adi Wirawan Husodo, ST., MT. NIP. 197502201999031001 2. Muhamad Ari, ST., MT. NIP. 197408282003121001

ABSTRAK Container crane tipe RTG merupakan jenis pesawat angkat yang digunakan dalam intensitas kerja tinggi dengan karakteristik pembebanan berulang atau bersifat siklis, diterapkan dalam frekuensi tinggi dalam waktu yang relatif panjang. Penelitian ini bertujuan menganalisis dan menentukan baik secara kuantitatif maupun kualitatif kekuatan dan kelayakan konstruksi, serta mengestimasi usia lelah (fatigue life) dari konstruksi utama crane RTG. Berkonsentrasi pada konstruksi girder dan kolom, kemudian menerapkan 4 asumsi kondisi beban kerja pada titik dengan momen maksimal. Operasi pengangkatan didasarkan pada data utilisasi periode satu bulan dengan jam operasi 20 jam. Kesimpulan akhir menunjukkan bahwa konstruksi RTG mengalami tegangan resultan yang masih berada di bawah batas aman akibat beban kerja maksimal (allowable stress), dengan begitu dinyatakan aman dengan nilai safety factor sebesar 1,8. Nilai defleksi dan perubahan bentuk kolom akibat buckling juga mengindikasikan tidak ada batas maksimal yang terlampaui. Dari perhitungan fatigue berdasarkan hukum Palmgren Miner yang ditinjau dari titik kritis konstruksi, diperoleh nilai estimasi usia lelah RTG sebesar ±128 tahun.

Kata kunci : rubber-tyred gantry crane, stress analysis, buckling, safey factor, fatigue

v

STRUCTURAL STRENGTH ANALYSIS AND FATIGUE LIFE ESTIMATION OF RUBBER-TYRED GANTRY TYPED CONTAINER CRANE CONSTRUCTION WITH 35 TONNES SAFE WORKING LOAD CAPACITY By: Ryandi Permana Putra NRP. 6611040038 Advisor: 1. Adi Wirawan Husodo, ST., MT. NIP. 197502201999031001 2. Muhamad Ari, ST., MT. NIP. 197408282003121001

ABSTRACT RTG crane as lifting equipment is regularly used in high working intensity due to busy logistic activity. Emerging from concerns regarding the loading characterized as cyclic and handled in high frequency over time, this research on RTG crane aims to analyze and determine contruction strenght and worthiness and also to estimate the fatigue life of RTG construction. By focusing on girder and column parts, 4 assumed load cases are applied over the structure, positioned on points which generate highest moment. Based on one month utilization data with 20 operation effective hours. The result shows that the structure of RTG withstands resultant stress less than provided safe limit (allowable stress), caused by maximum working load. Therefore, the consruction is qualified as safe with the safety factor value 1,8. Maximum deflection and buckling displacement which occur on RTG construction also indicate no safe limits are exceeded. Fatigue life analysis based on Palmgren Miner rule by concentrating from critical region reveals that the estimation of fatigue life scores ±128 years.

keywords : rubber-tyred gantry crane, stress analysis, buckling, safey factor, fatigue

vi

KATA PENGANTAR Puji syukur dan terima kasih penulis haturkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan berkat dan karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “Analisis Kekuatan Struktur dan Estimasi Fatigue Life pada Konstruksi Container Crane Tipe RTG Berkapasitas SWL 35 ton”. Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan Diploma 4 (D4) pada Program Studi Teknik Desain dan Manufaktur, Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya. Penulisan Tugas Akhir ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak, oleh karena itu penulis ingin menyampaikan terima kasih sebesar-besarnya kepada : 1. Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan anugerah yang telah diberikanNya. 2. Ayahanda tercinta I Nyoman Sudira dan Ibunda tercinta Asti Sudira yang telah membesarkan saya, mencurahkan kasih sayang dan dukungan dalam segala bentuk sehingga penulis dapat mengenyam pendidikan dan menyelesaikan Tugas Akhir ini. 3. Bapak Ir. Eko Julianto, MSc, FRINA selaku Direktur Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya. 4. Bapak Fais Hamzah, ST, MT dan Bapak Ali Imron, ST, MT selaku Ketua dan Sekretaris Program Studi Teknik Desain dan Manufaktur. 5. Bapak Adi Wirawan Husodo, ST, MT dan Bapak Muhamad Ari, ST, MT selaku dosen pembimbing yang telah menurunkan begitu banyak ilmu kepada penulis serta telah banyak membantu dan membimbing dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 6. Bapak Miftachul Munir, ST, MT dan Bapak M. Thoriq Wahyudi, ST, MM selaku dosen penguji yang telah menguji dan memberi masukan bermanfaat dalam penuntasan Tugas Akhir yang baik. 7. Bapak Ir. Wahyudi, MT, Bapak Arif Pujianto, Bapak Hariyanto dan Mas Ahmad Prima selaku pembimbing sekaligus pihak yang telah menaungi penulis dan tim selama melakukan On The Job Training di PT Pelangi Indokarya dan proyek yang menjadi inspirasi Tugas Akhir ini. vii

8. Bapak Yongki Amri dan seluruh anggota tim proyek assessment RTG selaku ketua tim, rekan kerja dan mentor yang telah memberikan arahan selama penulis melaksanakan proyek assessment RTG. 9. Sahabat-sahabat tim On The Job Training, Guruh Julio, Ridho Putranova dan Zahara Martha yang telah saling memberi semangat dan saling menghibur selama masa On The Job Training. 10. Kartika Agustin Nirmala, seseorang yang telah memberi makna kepada penulis, mendampingi, memberi semangat dan menjadi tempat dari bertukar pikiran hingga berkeluh kesah. 11. Saudara-saudara tercinta, kakak saya Intan Putri, Desak Ayu, Desak Ratih dan adik saya Dewa Alit Putra yang senantiasa memberi semangat dan menghibur penulis ketika dilanda kejenuhan. 12. Tim mekanik PT Pelangi Indokarya, Bapak Sulayman, Bapak Heri, Bapak Budi, Mas Dino, Mas Candra, dkk. yang telah berbagi ilmu dan pengalaman seputar pengerjaan proyek kepada penulis beserta tim. 13. Sahabat-sahabat seperjuangan Warung Kopi Doel yang selalu menjadi lawan diskusi menarik pelepas penat sekaligus penghibur bagi sesama. 14. Kawan-kawan Desain-Manufaktur angkatan 2011, khususnya keluarga DM 11B yang senantiasa bahu-membahu berjuang di kampus tercinta. Dalam penulisan laporan tugas akhir ini penulis menyadari masih banyak terdapat kekurangan, oleh karena itu penulis mengharapkan adanya kritik dan saran yang membangun demi kesempurnaan laporan ini. Semoga laporan ini bermanfaat.

Surabaya, Juli 2015

Penyusun

viii

DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................... iv ABSTRAK .............................................................................................................. v ABSTRACT ............................................................................................................. vi KATA PENGANTAR .......................................................................................... vii DAFTAR ISI .......................................................................................................... ix DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiii DAFTAR TABEL ................................................................................................ xvi DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................... xviii BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1 1.1

Latar Belakang Masalah ........................................................................... 1

1.2

Rumusan Masalah .................................................................................... 2

1.3

Tujuan Penelitian ...................................................................................... 3

1.4

Manfaat Penelitian .................................................................................... 3

1.5

Batasan Penelitian .................................................................................... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA............................................................................. 4 2.1

Studi Literatur ........................................................................................... 4

2.2

Alat Pengangkat ....................................................................................... 5

2.2.1

Definisi dan jenis-jenis alat pengangkat ........................................... 5

2.2.2

Dasar-dasar pemilihan crane............................................................. 5

2.2.3

Klasifikasi crane ............................................................................... 6

2.3

Rubber-tyred Gantry Crane ..................................................................... 7

2.3.1

Pengertian rubber-tyred gantry crane ............................................... 7

2.3.2

Komponen-komponen utama rubber-tyred gantry crane ................. 8

ix

2.4

Gantry Crane .......................................................................................... 10

2.4.1

Mekanisme gerakan gantry crane ................................................... 10

2.4.2

Gerakan hoist .................................................................................. 10

2.4.3

Gerakan transversal ......................................................................... 10

2.4.4

Gerakan rubber-tyred gantry .......................................................... 11

2.5

Pembebanan pada Crane ........................................................................ 12

2.5.1 Jenis beban ............................................................................................ 12 2.5.2 Beban menurut distribusinya ................................................................ 12 2.6

Tegangan ................................................................................................ 14

2.6.1

Hukum Hook ................................................................................... 15

2.7

Defleksi .................................................................................................. 17

2.8

Analisis Struktur Tinggi (Slender) ......................................................... 18

2.8.1

Tegangan tekan dan buckling ......................................................... 18

2.8.2

Panjang efektif dan kerampingan kolom ........................................ 19

2.8.3

Pembebanan pada kolom................................................................. 20

2.8.4

Beban eksentris ............................................................................... 20

2.9

Konstruksi Baja dan Faktor Keamanan .................................................. 21

2.10

Metode Elemen Hingga .......................................................................... 22

2.10.1

Tipe elemen dan diskritisasi ............................................................ 23

2.10.2

Matriks kekakuan ............................................................................ 24

2.10.3

Software berbasis metode elemen hingga ....................................... 24

2.11

Fatigue.................................................................................................... 26

2.11.1

Terminologi beban siklis ................................................................. 27

2.11.2

Kurva S-N ....................................................................................... 28

2.11.3

Teori Palmgren Miner ..................................................................... 30

2.11.4

Discrete probability distribution ..................................................... 31 x

BAB III METODE PENELITIAN........................................................................ 32 3.1

Waktu dan Tempat Penelitian ................................................................ 32

3.2

Diagram Alir ........................................................................................... 33

3.3

Studi Literatur......................................................................................... 36

3.4

Pengumpulan Data ................................................................................. 36

3.4.1

Studi lapangan ................................................................................. 36

3.5

Pengolahan Data ..................................................................................... 36

3.6

Kalkulasi Kekuatan Struktur .................................................................. 37

3.7

Simulasi Kekuatan Struktur.................................................................... 37

3.7.1 3.8

Input data dan pengaturan kondisi batas ......................................... 37

Analisis Fatigue Life .............................................................................. 37

BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN ........................................................ 38 4.1

Spesifikasi RTG ..................................................................................... 38

4.1.1

Klasifikasi RTG .............................................................................. 38

4.1.2

Spesifikasi material dan konstruksi................................................. 39

4.1.3

Dimensi profil komponen RTG ...................................................... 41

4.2 Kalkulasi dan Simulasi Kekuatan Struktur ................................................. 42 4.2.1

Analisis software berbasis FEM ..................................................... 43

4.2.2

Analisis konstruksi girder ............................................................... 47

4.2.3

Analisis konstruksi kolom ............................................................... 64

4.3

Analisis Fatigue Life .............................................................................. 77

4.3.1

Kondisi beban ................................................................................. 77

4.3.2

Analisis tegangan fatigue ................................................................ 78

4.3.3

Rentang tegangan target sambungan dan kategori stress................ 81

4.3.4

Perhitungan cycle dari kurva S-N ................................................... 83

4.3.5

Analisis akhir .................................................................................. 86 xi

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 89 5.1

Kesimpulan ............................................................................................. 89

5.2

Saran ....................................................................................................... 90

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 91

xii

DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Perangkat spreader RTG-11 yang mengalami retak ........................... 2 Gambar 2.1. RTG yang sedang beroperasi ............................................................. 7 Gambar 2.2 RTG di Terminal Peti Kemas X .......................................................... 8 Gambar 2.3 Spreader pada RTG Terminal Peti Kemas X ...................................... 8 Gambar 2.4 Cabin pada trolley RTG Terminal Peti Kemas X ............................... 9 Gambar 2.5 Komponen boogie RTG yang dilengkapi dengan ban karet di Terminal Peti Kemas X ................................................................................. 9 Gambar 2.6 Skema arah gerakan hoist RTG crane............................................... 10 Gambar 2.7 Skema arah gerakan trolley RTG crane ............................................ 11 Gambar 2.8 Skema arah gerakan rubber-tyred gantry RTG crane ...................... 11 Gambar 2.9 Beban merata (kiri) dan beban terpusat (kanan) ............................... 13 Gambar 2.10 Diagram tegangan-regangan pada mild steel .................................. 16 Gambar 2.11 Balok sebelum mengalami deformasi (kiri) dan setelah mengalami defleksi (kanan) ........................................................................................... 17 Gambar 2.12 Ketentuan panjang efektif kolom terhadap kondisi batas kolom. ... 19 Gambar 2.13 Elemen segitiga (2 dimensi) ............................................................ 23 Gambar 2.14 Contoh sambungan yang sensitif terhadap fatigue .......................... 27 Gambar 2.15 Kurva S-N berdasarkan AWS D1.1, 2002 section 2 non tubular joints. ........................................................................................................... 29 Gambar 3.1 Diagram alir pengerjaan tugas akhir ................................................. 33 Gambar 3.1 Diagram alir pengerjaan tugas akhir (lanjutan) ................................. 34 Gambar 3.2 Diagram alir simulasi pembebanan ................................................... 35 Gambar 4.1 Diagram profil girder ........................................................................ 41 Gambar 4.2 Diagram profil kolom ...........................................