Model kegagalan tekuk euler struktur kolom CHS dengan pengaruh pitting korosi pendekatan metode elemen hingga (SAP 2000 versi 11,00) dan uji laboratorium

IMAN, Miftahul, Prof. Ir. Bambang Suhendro, M.Sc.,Ph.D

2010 | Tesis | S2 Teknik Sipil

Korosi adalah fenomena alam yang tidak dapat dihindari. Hampir seluruh logam yang mengandung unsur paduan Ferrit akan mengalami peristiwa oksidasi sebagai penyebab korosi. Platform pengeboran minyak lepas pantai adalah salah satu contoh konstruksi yang rentan terhadap pengaruh korosi. Kolom platform bagian dari offshore structure merupakan komponen struktur yang menerima gaya aksial tekan. Meskipun telah dilakukan upaya perlindungan terhadap pengaruh korosi tetap saja seiring terhadap pertambahan waktu kehadiran korosi dalam bentuk pitting tidak dapat dihindari. Persamaan Euler untuk beban kritis 1D tidak dapat mengakomadasi kebutuhan analisa kolom dengan pengaruh korosi pitting. Sehingga diperlukan model 3D dengan metode elemen hingga untuk memodelkan pitting sebagai lubang-lubang pada kolom tersebut. Penelitian ini menggunakan Metode Elemen Hingga dengan memanfaatkan SAP 2000 versi 11,00 yang mengoptimalkan model cylindrical shell dengan spherical dome yang berfungsi mendistribusikan beban terpusat ke setiap titik pada nodal penampang kolom CHS sehingga struktur kolom dapat dimodelkan sebagai kolom ideal dengan tumpuan sendi-sendi untuk memperoleh pola kegagalan tekuk Euler yang lebih baik. Model numerik oleh SAP 2000 ini juga didukung dengan pengujian laboratorium yang mengunakan prototype pipa galvanis sebanyak 16 benda uji yang terdiri dari 3 benda uji pendahuluan dan 13 benda uji inti. Pada pengujian terdapat 3 benda uji sebagai kolom kontrol. Benda uji lainnya diberi perlakuan lubang buatan tunggal, Single Hole Pitting (SHP) yang terdiri dari SHP D24, SHP D36, dan SHP D48. Selain itu juga dibuat sampel dengan lubang berjumlah banyak, Multi Holes Pitting (MHP) yang memiliki keterkaitan diameter dengan sampel SHP yang terdiri dari MHP 6D4, MHP3D8, MHP 2D12; MHP 9D4, MHP 6D6, MHP 3D12; dan MHP 12D4, MHP 6D8, MHP 4D12. Metode Elemen Hingga memberikan model numerik yang sangat baik dalam memodelkan kegagalan tekuk Euler. Nilai Pcr sangat tergantung pada modulus elastisitas (E) yang diberikan berturut-turut adalah 14797,91 N untuk E = 185185 MPa; 15678,35 N untuk E = 196203 MPa dan 19927,90 N untuk E = 249383 MPa. yang diverifikasi terhadap nilai kolom kontrol pengujian laboratorium dengan Pcr = 27291,42 N. Benda uji SHP memberikan nilai Pcr lebih kecil daripada benda uji MHP ( Pcr SHP D24 =15382,48 N < Pcr MHP 6D4 =15663,20 N untuk E = 196203 MPa). Perilaku ini juga terjadi pada pengujian laboratorium, namun beberapa kelemahan dalam pengujian laboratorium menyebabkan beberapa keunikan dalam penelitian ini. Penelitian ini juga membuktikan tegangan dan kosentrasi tegangan sekitar lubang-lubang kecil model SAP 2000 pada saat tekuk belum mencapai tegangan leleh.

Corrosion is an unavoidable natural phenomenon. Almost all metals consisting of Ferrite compounds will react with oxygen then get corrosion reaction. Offshore structure is one example of those which are prone to corrosion. Columns as part of the offshore structure sustains axial compression load. Even though the columns have been protected against corrosion but the presence of the corrosion in terms of pitting remains available and can not be avoided. The critical load of a steel pipe with pitting corrosion can not be properly figured up in one dimensional model because of the geometric properties can not modeled well by 1-D. Hence, a 3 dimensional model was introduced here. This research employed finite element method available in the SAP 2000 version 11. A spherical dome model was attached at both ends of the column to deliver axial concentrated load to every nodes of the ends of the Circular Hollow Section (CHS) in such away that the CHS can be ideally represented as a column with hinge supports and can perform buckling failure proportionally. This numerical research was also confirmed by a laboratory experiment. Sixteen galvanized CHS having --- mm diameter, --- mm long and --- mm thick were provided, in which 3 of them was set up for preliminary tests. The pitting corrosion was artificially provided by drilling holes in various diameters. Three types of single hole pitting (SHP) of 24mm, 36mm, and 48mm were provided, namely SHP D24, SHP D36 and SHP D48. To investigate the effect of that diameters of hole to the smaller diameters of hole, the SHP D24 was referred to the CHS with multiple holes pitting, namely MHP 2D12, MHP 3D8 and MHP 4D6. By doing so the MHP 3D12, MHP 6D6, MHP 9D4, and the MHP 4D12, MHP 6D8 and MHP 12D4 were also provided as references for respectively single holes of SHP D36 and SHP D48. The numerical model with spherical dome at the ends can represent Euler buckling failure closer to that analytical theory. The Euler buckling failure depends on the elastic modulus (E) of the material involved. For the modulus of elasticity of 185185 MPa, 196203 MPa and 249383 MPa the numerical Euler buckling failure are respectively 14797.91 N, 15678.35 N and 19927,9 N. On the other side, the experiment shows that the critical axial failure is 27291,42 N. The SHP pipe shows smaller critical failures (for D24 = 15382,48 N) in comparison to MHP pipe (for 6D4 = 15663,2 N) for modulus of elasticity of 196203 MPa. The results of the laboratory experiment are in line with those the numerical experiment. Lateral displacements in three directions during the laboratory experiment are unique and may have resulted in peculiar stiffness of the columns as shown in the load-displacement graphs. The numerical model approves that the stress and stress concentration about the smaller holes in the MHP pipes have not been yielding at the buckling failures.

Kata Kunci : Tekuk euler,Pitting,Korosi,cylindrical shell,SAP 2000,Modulus elastisitas