7/24/2019 Materi Tower Crane
1/34
STUDI PERBANDINGAN ANALISA DESAIN
FOUR NGLE TOWER CR NE
DENGAN
ANALISA DESAIN
TRI NGLE TOWER CR NE
MENGGUNAKAN PROGRAM ANSYS 12.0
DOSEN PEMBIMBING:
Prof. Ir. I NYOMAN SUTANTRA MSc. PhD.
OLEH:
KOMANG MULIANA PRANATHA
2106.100.043
Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya
2012
7/24/2019 Materi Tower Crane
2/34
L T R BEL K NG
Merupakan salah satu pesawat pengangkat dan
pemindah barang / material
Biasa digunakan untuk mengangkat &
memindahkan barang / material pada ketinggian
minimal 100 ft
( 30 meter )
Selama ini digunakan Tower crane jenis Fourangle
Tower crane dimana towernya menggunakan
empat batang penopang (berbentuk segi empat)
TOWER CRANE
7/24/2019 Materi Tower Crane
3/34
B GI N B GI N TOWER CR NE
7/24/2019 Materi Tower Crane
4/34
PERUMUS N M S L H
7/24/2019 Materi Tower Crane
5/34
B T S N M S L H
Analisa yang dilakukan hanya pada rangka - rangkapenopang Tower crane
Material elemen adalah uniform
Gaya yang diperhitungkan adalah berat rangka Tower
crane, berat counter weight, berat beban yang diangkat danmekanisme yang akan terjadi dalam penggunaannya
Pengaruh pengelasan diabaikan karena dianggap baik dankuat
Pengaruh temperatur diabaikan
Selama beban diangkat, beban dianggap stabil, tidakgoyang dan berayun
Cara membangun dan menegakkan Tower Crane tidakdiperhitungkan
7/24/2019 Materi Tower Crane
6/34
TUJU N
Mengetahui respon struktur berupa tegangan pada Triangle
Tower Crane, sehingga dapat diketahui tegangan maksimal
dan daerah kritis yang terdapat pada struktur kerangka
Mengetahui defleksi maksimumyang mungkin terjadi pada
struktur kerangka pada Triangle Tower Crane
Membandingkan analisa defleksi, tegangan, dan b erat
struktur rangka yang terdapat pada Triangle Tower Crane dan
Fourangle Tower Crane
7/24/2019 Materi Tower Crane
7/34
K JI N PUST K
Rinto Eko Bintoro (2101100053) berjudul:
Analisa Tegangan Pada Struktur Tower Crane Dengan
Menggunakan Ansys 8.0
Dengan menggunakan material AISI 1018 (ST 3) dengan
tensile yield strengthsebesar 370 Mpa
pembebanan maksimum 2500 kg.
dengan panjang jib 30 meter dengan pembebanan sebesar
1000 kg
defleksi maksimal sebesar 9,34 milimeter
tegangan kritis maksimal sebesar 0,194177
7/24/2019 Materi Tower Crane
8/34
Observasi ke lapangan
Mencari informasi lebih detail
tentang Tower crane
METODOLOGI
Bagaimana mengetahui tegangan
maksimal dan daerah kritis yang
terdapat pada struktur kerangka Triangle
Tower CraneMengetahui defleksi maksimumyang
mungkin terjadi pada setiap bagian
bagian dari sturktur kerangka pada
Triangle Tower Crane
Membandingkan analisa pada TriangleTower Crane dan Fourangle Tower Crane
7/24/2019 Materi Tower Crane
9/34
D T D T FOUR NGLE CR NE
Dari data referensi didapatkan data data teknis pada Fourangle Tower Crane
jenis Liebherr30 LC, yaitu:
Merk, model, &tahun pembuatan : Liebherr 30 LC tahun 1996/1997
Negara asal : Jerman
Panjang Jib : 30 m
Ketinggian Tower : 30 m
Tipe pengangkat : electromotor trolley Kecepatan putar Jib : 0 0,8 rpm
Kecepatan Trolley sepanjang Jib : 0,3166 0,55 m/s
Kecepatan angkat (hoisting) : 0,6667 m/s
Tower head section with slewing ring support mass : 2950 kg
Cabin + seat : 440 kg
Massa counterweight : 3900kg Berat counter jib serta peralatan di atasnya : 5390 kg
Berat Jib : 3865 kg
Berat beban angkat : 1000 kg
Berat beban angkat max : 2500 kg
7/24/2019 Materi Tower Crane
10/34
G Y NGIN
dimana:
F = Gaya pada permukaan elemen sesuai arah
angin
q = Tekanan permukaan elemen pada
ketinggianA = Luasan
Cd = Koefisien drag total
h = Ketinggian (dihitung tiap-tiap kenaikan
10 meter)
ho = ketinggian referensi (10 meter)V = Kecepatan angin
= Massa jenis udara
= 1,3 kg/m3
p = Power Law Exponent
: 1/7 untuk daerah terbuka atau pantai,1/3 untuk daerah hutan dan perkotaan
7/24/2019 Materi Tower Crane
11/34
N LIS TEK N N K REN PENG RUH NGIN
7/24/2019 Materi Tower Crane
12/34
luasan batang batang yang mendapat
gaya angin pada arah depan pada jarak 0 -
10 meter, 10 meter - 20 meter adalah :
2 x 14 batang vertikal
A = 2 x 14 ( 78mm x 0,7m )
= 2 x 14 ( 0,078 m x 0,7m )= 1,53 m2
2 x 14 batang diagonal
A = 2 x 14 ( 38mm x 0,99m)
= 2 x 14 ( 0,038 m x 0,99m )
= 1,05 m2
1 x 14 barang horizontal
A = 1 x 14 ( 31mm x 0,86,m)
= 1 x 14 ( 0,031 m x 0,86m )
= 3,73 m2
Jadi, total luasannya adalah :
Atot = 1,53 m2 + 1,05 m2+ 3,73 m2
= 6,31 m2
Sedangkan luasan batang batang mendapat
gaya angin pada jarak 20 - 30 meter adalah
2 x 14 batang vertikal
A = 2 x 14 ( 78mm x 0,7m )
= 2 x 14 ( 0,078 m x 0,7m )
= 1,53 m2
2 x 14 batang diagonal
A = 2 x 14 ( 38mm x 0,99m)
= 2 x 14 ( 0,038 m x 0,99m )
= 1,05 m2
1 x 14 barang horizontal
A = 1 x 14 ( 31mm x 0,86 m)
= 1 x 14 ( 0,031 m x 0,86 m )
= 3,73 m2
Counter weight
A = 3m x 1,5 m= 4,5 m2
Jadi, total luasannya adalah :
Atot (depan) = 1,53 m2 + 1,05 m2+ 3,73, m2
+4,5m2
= 10,81 m2
7/24/2019 Materi Tower Crane
13/34
Luasan batang batang mendapat gaya angin
pada jarak 30 40 m
1 x 1 batang horizontal bawah (jib)
A = 1 x 1 ( 62mm x 30m )
= 1 x 1 ( 0,062 m x 30m )
= 1,86 m2
1 x 1 batang horizontal atas (jib)
A = 1 x 1 ( 62mm x 27m)
= 1 x 1 ( 0,062 m x 27m )
= 1,7 m2
2 x 20 batang diagonal jib
A = 2 x 20 (32mm x 1m)
= 2 x 20 (0,032 m x 1m)= 1,28 m2
1 x 1 batang horizontal counter jib
A = 1 x 1 (305mm x 9m)
= 1 x 1 (0,305 m x 9m )
= 2,705 m2
2 x 1 batang tower top
A = 2 x 1 (84mm x 6.5m)= 2 x 1 (0,084 m x 6.5m)
= 1,118m2
Counter weight
A = 3m x 1,5 m
= 4,5 m2
Jadi, total luasannya adalah :
Atot = 1,86 m
2
+ 1,7 m
2
+ 1,28 m
2
+ 2,705 m
2
+ 1,118 m
2
+ 4,5 m
2
= 11,883 m2
Kemudian dihitung Gaya angin yang terjadi pada
Triangle Tower Crane pada jarak- jarak tertentu (untuk arah
samping):
Gaya angin pada ketinggian 0 10 meter
F= q.A. Cd
Dimana: q = 406,25 N/m2
A = luasan
Cd =2,03 (tabel)
F = 406,25 N/m2. 6,31 m2. 2,03
= 3381,2 N
Gaya angin pada ketinggian 10 20 meter
F= q.A. Cd
Dimana: q = 644.8817 N/m2N/m2
A = luasan
Cd =2,03 (tabel)F = 644, 88 N/m2. 6,31 m2. 2,03
= 5367, 3 N
Gaya angin pada ketinggian 20 30 meter
F= q.A. Cd
Dimana: q = 845.0341 N/m2
A = luasan
Cd =2 (tabel)
F = 845,03 N/m2.10,81 m2. 2,03
= 13860,5 N
Gaya angin pada ketinggian 30 40 meter
F= q.Acj. Cd
Dimana: q = 1023.686 N/m2
Acj =luasan beban
Cd=2 (tabel)
F = 1023.69 N/m2. 11,883 m2. 2,03= 13195,88 N
7/24/2019 Materi Tower Crane
14/34
luasan batang batang yang mendapat
gaya angin pada jarak 0 - 10 meter, 10meter - 20
meter arah samping adalah
3 x 14 batang vertikal
A = 3 x 14 ( 78mm x 0,7m )
= 3 x 14 ( 0,078 m x 0,7m )
= 2,3 m2
1 x 14 batang diagonal belakang
A = 1 x 14 ( 38mm x 1,2m)
= 1 x 14 ( 0,038 m x 1,2m )= 0,64 m2
2 x 14 batang diagonal samping
A = 2 x 14 ( 38mm x 0,86m)
= 2 x 14 ( 0,038 m x 0,86m)
= 0,91 m2
1 x 14 barang horizontal
A = 1 x 14 ( 31mm x 1m)
= 1 x 14 ( 0,031 m x 1m )
= 0,434 m2
Jadi, total luasannya adalah :
Atot = 2,3 m2 + 0,64 m2+ 0,91 m2+ 0,434 m2
= 4,284 m2
7/24/2019 Materi Tower Crane
15/34
Sedangkan luasan batang batang mendapat
gaya angin pada jarak 20 - 30 meter adalah
2 x 12 batang vertikal
A = 2 x 12 ( 78mm x 0,7m )
= 2 x 12 ( 0,078 m x 0,7m )
= 1,53 m2
2 x 12 batang diagonal depan
A = 2 x 12 ( 38mm x 8,6m)
= 2 x 12 ( 0,038 m x 8,6m )
= 0,915 m2
1 x 12 barang horizontal
A = 2 x 12 ( 31mm x 0,8m)
= 2 x 12 ( 0,031 m x 0,8m )
= 0,6 m2
Counter weight
A = 3m x 1,5 m= 4,5 m2
Jadi, total luasannya adalah :
Atot (depan)= 1,53 m2 + 0,915 m2+ 0,6 m2 + 4,5m2
= 7,545 m2
luasan batang batang yang mendapat gaya angin
pada jarak 30 - 40 meter arah samping adalah
2 x 1 batang tower top
A = 2 x 1 (84mm x 6,52m)
= 2 x 1 (0,084 m x 6,52m)
= 1,1 m2
Counter weight
A = 3m x 1,5 m
= 4,5 m2
Jadi, total luasannya adalah :
Atot
= 1,1 m2 + 4,5 m2
=5,6 m2
7/24/2019 Materi Tower Crane
16/34
JarakLuas batang
(arah samping)
Luas batang
(arah depan)
Gaya Angin
(arah samping)
Gaya Angin
(arah depan)
0 10 meter 4,284 m2 6,31 m2 3381,2 N 2812,18 N
10 20 meter 4,284 m2 6,31 m2 5367, 3 N 4110,6 N
20 30 meter 7,545 m2 10,81 m2 13860,5 N 13568,9 N
30 40 meter 5,6m2 11,883 m2 13195,88 N 29914,12 N
7/24/2019 Materi Tower Crane
17/34
GRAFIK GAYA ANGIN TERHADAP KETINGGIAN
Dari grafik dapat dilihat
bahwa untuk gaya angin (arah depan)
semakin tinggi terjadi peningkatan
gaya angin, sedangkan untuk arah
samping terjadi penurunan untuk
ketinggian > 30 meter. Hal ini
tergantung pada luasan batang yang
mendapat tekanan permukaan.
7/24/2019 Materi Tower Crane
18/34
GAYA TROLLEY GAYA BERJALAN
Pada Tower crane, beban dapat dipindahkan dengan menggunakan tali
dari ujung tower crane menuju titik pusat atau sesuai jarak yang ditentukan. Pada
kasus ini gaya gerakan trolleydapat diabaikan dengan syarat beban yang diangkat
sesuai dengan beban yang diijinkan pada desain awal dari jib tower crane jenis
Liebherr 30 LC yang ditujukan pada tabel 2.1. Dari tabel dapat dilihat bahwa beban
maksimal yang dapat diangkat oleh Tower crane adalah sebesar 2500 kg. pada
jarak 14,0 m; 20,4 meter ; 24,7 meter ; dan 30 meter akan dijadikan variasi bebandalam perhitungan program ansys
7/24/2019 Materi Tower Crane
19/34
GAYA AYUN
Gerakan yang terjadi saat jib berputar dan rangka dalam keadaan diam,
akan terjadi sudut yang besarnya tertentu terhadap sumbu vertikal. Tetapi untuk
putaran sudut yang kecil ( < 1 rpm ) tepatnya 0,8 rpm, maka gaya ayun dapat
diabaikan.
7/24/2019 Materi Tower Crane
20/34
GAYA HOISTING GAYA ANGKAT
Jadi, analisa yang didapatkan adalah ketika Towercrane akan mengangkat beban sebesar 1000 kg
(10.000 N) pada jarak 30 meter dari jib maka gaya
angkatnya yang diperlukan oleh Tower crane
tersebut menjadi 11.100 N.
7/24/2019 Materi Tower Crane
21/34
MOMEN DENGAN BEBAN
Dengan mengasumsikan arah positif dalah CW dengan momen pada pusat rangka (Fp):
Mfp = - Fcw(10,5m) - Fcj (4,5m) + Fj(15m) + T (30m)
= - 39.000 N (10,5m) 8.700 N (4,5) + 22.650 N (15m) + 11.100 N (30m)
= 224.100 Nm
Mencari gaya tekan yang bekerja pada sumbu pusat Tower crane:
fy= 0
- Fcw- Fcj - Fj+ Fp1 - T = 0
Fp1 = Fcw+ Fcj + Fj+ Wm
Fp1 =
39.000 N + 8700 N
+ 22.650 N + 11.100 N
Fp1 = 81.450 N
7/24/2019 Materi Tower Crane
22/34
MOMEN TANPA BEBAN
fy= 0
- Fcw- Fcj - Fj+ Fp1 = 0
Fp1 = Fcw+ Fcj + Fj
Fp1 = 39.000 N + 8700 N+ 22.650 N
Fp1 = 70.350 N
Dengan mengasumsikan arah positif dalah CW dengan momen pada pusat
rangka (Fp):
MFp1= 0
MFp1 = - Fcw(10,5 m) - Fcj (4,5 m) + Fj (15 m)
MFp1 = - 39.000 N (10,5 m) - 8.700 N(4,5 m) + 22.650 N(15 m)MF 1 = -108.900 Nm
7/24/2019 Materi Tower Crane
23/34
ANALISA SOFTWARE ANSYS
7/24/2019 Materi Tower Crane
24/34
VON MISES STRESS
Stress Distribution
Main Menu > General Postproc > Plot Results > Countour Plot > NodalSolution > Stress > Stress Intensity
7/24/2019 Materi Tower Crane
25/34
Contoh hasil: beban 1000kg + gaya angin arah depan
7/24/2019 Materi Tower Crane
26/34
EFLEKSI
Defleksi
Main Menu > General Postproc > Plot result > Countour Plot > Nodal Solution > DOF
Solution >Displacement Vector Sum
Perintah ini untuk mendapatkan defleksi arah X,Y,Z dari hasil yang didapatkan
1
NODAL SOLUTION
1
NODAL SOLUTION
7/24/2019 Materi Tower Crane
27/34
MN
MX
X
Y
Z
0
.004166
.008332
.012498
.016665
.020831
.024997
.029163
.033329
.037495
NODAL SOLUTION
STEP=1
SUB =1
TIME=1
USUM (AVG)
RSYS=0
DMX =.037495
SMX =.037495
MN
MX
X
Y
Z
0
.003787
.007575
.011362
.01515
.018937
.022725
.026512
.030299
.034087
NODAL SOLUTION
STEP=1
SUB =1
TIME=1
USUM (AVG)
RSYS=0
DMX =.034087
SMX =.034087
1
MN
MX
X
Y
Z
0
.003409
.006817
.010226
.013635
.017043
.020452
.023861
.027269
.030678
NODAL SOLUTION
STEP=1
SUB =1
TIME=1
USUM (AVG)
RSYS=0
DMX =.030678
SMX =.030678
1
MN
MX
X
Y
Z
0
.00303
.00606
.00909
.01212
.01515
.01818
.02121
.024239
.027269
NODAL SOLUTION
STEP=1
SUB =1
TIME=1
USUM (AVG)
RSYS=0
DMX =.027269
SMX =.027269
Contoh hasil: beban variasi
7/24/2019 Materi Tower Crane
28/34
Dalam perhitungan tegangan dengan menggunakan ANSYS 11.0 ini,
digunakan variasi panjang jib dan besar pembebanan untuk mencari
Tegangan Kritis dan Defleksi Maksimum
Panjang Jib (m) Massa (kg)
30 1000
24,7 1250
20,4
1570
14 2420
Tegangan Von Mises
Dengan gaya angin
Arah Depan (Mpa)
Tegangan Von Mises
Dengan gaya angin
Arah Samping (Mpa)
172 105
172 105
172
105
174 114
Defleksi maximum
Dengan gaya angin
arah depan (mm)
Defleksi maximum
Dengan gaya angin arah
Samping (mm)
23,861 3,049
30,678 10,226
34,087
17,043
37,495 27,269
7/24/2019 Materi Tower Crane
29/34
GRAFIK TEGANGAN VON MISES
Dari grafik dapat dilihat bahwa makin besar massa yang diangkat maka besar
tegangan kritis yang didapatkan akan makin besar. Nilai tegangan von mises terbesar
terdapat saat massa yang diangkat sebesar 2420 kg pada jarak 14 meter yaitu 174 MPa
arah depan dan 114 Mpa untuk arah samping
BIRU : GAYA ANGIN ARAH DEPAN
MERAH : GAYA ANGIN ARAH SAMPING
7/24/2019 Materi Tower Crane
30/34
GRAFIK DEFLEKSI MAKSIMUM
BIRU : GAYA ANGIN ARAH DEPAN
MERAH : GAYA ANGIN ARAH SAMPING
Dari grafik dapat dilihat bahwa makin besar massa yang diangkat maka
besar defleksi maksimal yang mungkin terjadi akan makin besar. Nilai defleksi
maksimal terbesar terdapat saat massa yang diangkat sebesar 2420 kg pada
panjang jib sebesar 14 meter yaitu sebesar 27,637 mm pada arah angin dari bagiansamping dan 37,495 mm untuk arah angin dari depan.
7/24/2019 Materi Tower Crane
31/34
BERAT STRUKTUR TOWER CRANE
Dari hasil running program Ansys
disebutkan berat tower yang terjadi sebesar
2674,5 kg (2,675 ton). Hasil ini dibandingkan
dengan berat sebenarnya:
Tower head section with slewing ring supportmass : 2950 kg
Setelah dibandingkan ternyata
massa total tower dari Triangle tower crane
lebih rendah daripada massa dari Fourangle
Tower Crane. Dengan hasil ini, dapat
diasumsikan bahwa material yang diperlukanuntuk membangun sebuah Triangle tower
crane lebih sedikit daripada material yang
dibutuhkan untuk membangun Fourangle
Tower Crane.
7/24/2019 Materi Tower Crane
32/34
PERBANDINGAN TOWER CRANE
7/24/2019 Materi Tower Crane
33/34
KESIMPUL N
Dari hasil analisa pada struktur Triangle Tower Crane, maka dapat diperoleh
kesimpulan sebagai berikut:
Pada struktur Fourangle Tower Crane, defleksi maksimum yang terjadi sebesar
10,966 mm sedangkan pada struktur Triangle Tower Crane didapatkan defleksi
maksimum sebesar 37,4 mm
Defleksi ijin maksimum yang didapatkan harus 37,5 mmSehingga besar defleksi yang terjadi masi dalam keadaan
aman
Pada struktur Fourangle Tower Crane, Tegangan maksimum (kritis) yang terjadi
sebesar 0.190 Mpa sedangkan pada struktur Triangle Tower Crane didapatkan
Tegangan maksimum sebesar 174 Mpa
Tegangan maksimum yang didapatkan harus 185 Mpa
Sehingga besar Tegangan maksimum yang terjadi masi dalam keadaan aman
Berat struktur rangka tower dari Triangle Tower Crane sebesar 2674,5 kg sedangkan
berat struktur rangka dari Fourangle Tower Crane sebesar 2950 kg.
7/24/2019 Materi Tower Crane
34/34
TERIM K SIH
Top Related