Optimization of reinforced concrete plane frames using a hybridization of genetic algorithms and the Nelder-Mead algorithm
DOI:
https://doi.org/10.4067/S0718-28132019000200074.Keywords:
structural optimization, metaheuristics, genetic algorithms, Nelder-Mead algorithmAbstract
This paper presents an algorithm using CSi Application Programming Interface (CSi API), which allows the automation of the structural optimization process for plane frames, linking powerful computational tools such as SAP2000v16 and Matlab. In addition, aspects usually ignored in modelling and structural analysis for structural optimization are included, such as the influence of cracking of concrete elements in their stiffness and the inclusion of a second order analysis. On the other hand, due to the complexity of the objective function, it was necessary to use metaheuristic optimization methods: a hybridization between genetic algorithms and the Nelder-Mead algorithm, instead of the classical methods used in previous studies, obtaining satisfactory results. The results are expressed in the form of design recommendations and they are compared with those obtained in previous investigations.
References
Aligia, A. (2017). Algoritmos genéticos utilizando Matlab. Inteligencia Artificial I. Facultad de Ingeniería. Universidad Nacional de Cuyo, Mendoza, Argentina.
Borda, J. L. y Rodríguez, G. (2010). Optimización de secciones transversales de pórticos de hormigón armado mediante uso de la técnica de programación cuadrática secuencial SQP. Mecánica Computacional, 25, 9719-9738.
Negrin, I., Negrin, A. y Chagoyén, E. (2019). Optimización de pórticos planos de hormigón armado utilizando una hibridación de algoritmos genéticos y el algoritmo Nelder-Mead. 26, 74-86.
Carretero López, F. (2010). Optimización global con algoritmos genéticos. Trabajo final de carrera, Escuela Politécnica Superior de Catalunya, España.
Castellanos, J. (2000). Procedimiento general para el diseño óptimo de estructuras. Aplicaciones en vigas de H.A. ISPJAE. Tesis de grado de Doctor en Ciencias Técnicas, Ciudad Habana, Cuba.
Chagoyén, E. L. (2016). Apuntes curso de posgrado CSi OAPI SAP 2000 - Matlab. Universidad Central Marta Abreu de Las Villas, Cuba.
Chagoyén, E. L. y Hernández, J. J. (2010). Influencia de distintos factores en la modelación, análisis y diseño automatizado de estructuras de hormigón. Noveno Simposio Internacional de Estructuras, Geotecnia y Materiales de Construcción, noviembre 2010, Santa Clara, Villa Clara, Cuba.
Cujía, Y. D. (2010). Computación en paralelo aplicada a la optimización del diseño estructural: estado del arte. Proyecto de título de Ingeniero Civil, Universidad Industrial de Santander, Colombia.
Gómez, S., Paiño, D. y Vélez, C. (2012). Variante del método de Nelder & Mead para optimización de funciones multivariadas. Cuaderno ACTIVA, 4, 62-73.
Maes, K., Lombaert, G., Van Nimmen, K., Papadopoulos, M. and de Roeck, G. (2017). Model updating in structural dynamics. Post-graduate course notes, team-VLIR project VIBRAS, 6-10 February 2017, Universidad Central Marta Abreu de Las Villas, Santa Clara, Cuba.
Matlab. (2010). The MathWorks, Inc. «MathWorks - Matlab & Simulink». la.mathworks.com.
Medina Torri, F. (1996). Cargas de edificaciones y obras de ingeniería. Tomos I y II. 2da Edición. Editorial Félix Varela, La Habana, Cuba.
NC 283. (2003). Densidad de los materiales. Oficina Nacional de Normalización, Comité Estatal de Normalización. La Habana, Cuba.
NC 284. (2003). Cargas de uso. Oficina Nacional de Normalización, Comité Estatal de Normalización. La Habana, Cuba.
NC 285. (2003). Carga de viento. Método de cálculo. Oficina Nacional de Normalización, Comité Estatal de Normalización. La Habana, Cuba.
Nelder, J. A. and Mead, R. (1965). A simplex method for function minimization. The Computer Journal, 7(4), 308-313.
Negrin, I. A. (2019). Herramienta para el diseño óptimo de conjuntos estructurales “DOCE”. Aplicaciones. Tesis de maestría, Universidad Central Marta Abreu de las Villas, Cuba.
Negrin, I. A. (2016). Optimización de conjuntos estructurales considerando los factores usualmente ignorados en la modelación usando la OAPI SAP2000-MATLAB. Proyecto de título de Ingeniero Civil, Universidad Central Marta Abreu de Las Villas, Cuba.
Negrin, A. (2014). Optimización de conjuntos estructurales de edificios aporticados de hormigón armado. Tesis de maestría, Universidad Central Marta Abreu de Las Villas, Cuba.
Negrin, A. (2010). Optimización de conjuntos estructurales de edificios aporticados de hormigón armado. Proyecto de título de Ingeniero Civil, Universidad Central Marta Abreu de Las Villas, Cuba.
Negrin, A. R. (2005). Un enfoque general sobre diseño óptimo de estructuras. Boletín Estadístico de la Construcción. Cámara Hondureña de la Construcción. Tegucigalpa, Honduras, 12-14.
Negrin, A. R. (1987). Proyección óptima de elementos de hormigón armado a compresión no centrada. Tesis doctoral, Instituto de Ingeniería de la Construcción de Kiev, República Socialista Soviética de Ucrania.
Osman, I. H. and Kelly, J. P. (1996). Meta-heuristics: an overview. In Meta-heuristics. Theory and applications. Springer, 1-21.
Payá, I. (2007). Optimización heurística de pórticos de edificación de hormigón armado. Tesis doctoral, Universitat Politècnica de València, España.
Roose, D. (2017). Numeric simulation. Post-graduate course notes, Universidad Tecnológica de La Habana CUJAE, La Habana, April 2017.
SAP2000. (2016). Structural Analysis Program. Integrated software for structural analysis and design, v.19. Computers and Structures Inc., Berkeley.
Zapatero, M. J., Alegre, J. y Pacheco, J. (2011). Análisis de algunas metaheurísticas creadas a partir de “Optimización Gravitatoria”. Anales de ASEPUMA, 19, 0902, 1-16.
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2019 Universidad Católica de la Santísima Concepción

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.


