Öğretme-öğrenme esaslı optimizasyon yöntemi ile uzay kafes kule yapı sisteminin optimum boyutlandırılması

Bu çalışmada, son yıllarda geliştirilmiş öğretme-öğrenme esaslı optimizasyon yönteminin çelik uzay kafes sistemlerinin optimum boyutlandırılmasındaki başarısının araştırılması hedeflenmiştir ve bu bağlamda 942 elemanlı uzay çelik kafes kule problemi sayısal örnek olarak kullanılmıştır. Diğer bir çok stokastik algoritma yönteminde olduğu gibi öğretme-öğrenme esaslı optimizasyon yöntemi de çevremizdeki olayları taklit etmektedir. Bu algoritma yönteminde analiz işlemleri öğretmen ve öğrencilerinden oluşan bir sınıf ile yürütülmektedir. Sınıftaki her bir öğrenci bir yapı modelini temsil etmektedir ve öğretme-öğrenme aşamaları ile her bir öğrencinin bilgi seviyesinin arttırılması hedeflenmektedir. Bu sayede belirli bir iterasyon sonunda en iyi sonucu (sınırlayıcıları sağlayan ve minimum yapı ağırlığında olan) veren yapı modeli elde edilebilmektedi

Discrete sizing design of steel truss bridges through teaching-learning-based and biogeography-based optimization algorithms involving dynamic constraints

In this paper, Teaching-Learning Based Optimization (TLBO) and Biogeography-Based Optimization (BBO) algorithms are presented to examine the optimum discrete sizing design of steel truss steel bridges for minimizing the structural weights. Both proposed nature-inspired metaheuristic optimization algorithms are encoded in MATLAB with integration of a structural analysis program (SAP2000) via open application programming interface (OAPI). At the end, optimal steel profiles are selected from available discrete section lists by satisfying the structural restrictions, such as stress and displacement, involved by American Institute of Steel Construction-Allowable Stress Design (AISC-ASD). Additional to these, optimum discrete sizing design process is performed for the cases with and without dynamic constraints, which are adopted from natural periods of the bridge structures with respect to the mode shapes. The algorithmic performance of the proposed algorithms outperforms on both planar and spatial steel truss bridges. To prove this obtained optimal solutions are compared with previously reported optimum designs attaining via different metaheuristics. The final optimum discrete sizing designs of the steel truss bridges reveal that the proposed TLBO and BBO algorithms can easily be applied to discrete nonlinear programming problems

Optimum sizing design of steel frame structures through maximum energy dissipation of friction dampers under seismic excitations

WOS:000855940600001This paper focuses on optimum sizing design of steel frame structures equipped with friction dampers (FDs) in order to prevent the vulnerable effect of an earthquake. The fundamental concept is to maximize the energy dissipation of implemented FDs under different seismic excitations. The FDs utilized as passive energy dissipation devices in a steel structure increase the energy dissipation capacity of the structure by decreasing the seismic demand during an earthquake. In this context, the Pall friction dampers (PFDs) are implemented as diagonal damped brace members in investigated structures. Three different earthquake records (Kobe, Kocaeli-Duzce, Erzincan) are utilized to acquire nonlinear dynamic responses of the steel frame structures through time-history analyses. The open application programming interface (OAPI) functions are used to integrate a finite element modelling based structural analysis program, SAP2000, with a design optimization algorithm encoded in MATLAB for achieving the exact structural behaviours by synchronously data transferring. As an optimizer, one of the recent nature-inspired metaheuristic techniques, so-called Grey Wolf (GW) algorithm is used. Initially, under effect of seismic excitations, the steel frame structures are optimally sized for attaining minimum design weights without implementing the PFD elements by subjecting only strength, displacement, drift, and geometric structural design constraints taken from AISC-LRFD practice code provisions. Afterward, in order for optimally modelling the PFD elements, the frames are equipped with PFDs to calculate optimum yield strengths that is defined as slip load of a PFD. To do so, the GW algorithm ensures the maximizing of the dissipated energy and controls the yield strengths between the stories since the shear force due to the earthquake increases towards the base of the structure. Eventually, the provisions-based sizing design optimizations of the steel frame structures equipped with optimally modelled PFD elements are conducted under seismic excitations for conclusive evaluations

Optimum design of cold-formed steel frames via five novel nature-inspired metaheuristic algorithms under consideration of seismic loading

WOS:000701936600002In this paper, an unbiased comparative assessment scheme for algorithmic performances of five novel nature-inspired metaheuristic algorithms in design optimization of steel frames made out of cold-formed steel sections under consideration of seismic loading is presented. These contemporary algorithms are so-called tree seed, squirrel search, water strider, grey wolf, and brain storm optimization. The functionality of the proposed algorithms is appraised with respect to design precisions in both portal and space cold-formed steel frames formulated according to the design provisions implemented by AISI-LRFD (American Iron and Steel Institute-Load and Resistance Factor Design). The cross-sectional dimensions of steel profiles, which are selected from available set of cold-formed thin-walled single-C sections, are treated as design variables in the optimization process in order to minimize the structural weight of the frames. In addition to specification constraint requirements, lateral and vertical displacement restrictions of the structural elements required for stability of the frames are also taken into account. Design optimization algorithms necessitate the structural response of cold-formed steel frames under load combinations including seismic loading effects which is accomplished by utilizing the open application programming interface (OAPI) mastery of MATLAB with SAP2000. The design optimization of cold-formed steel frames that is a discrete nonlinear programming problem reveal the robustness and applicability of proposed contemporary nature-inspired metaheuristic algorithms in real-sized complex structural optimization problems

Comparative seismic design optimization of spatial steel dome structures through three recent metaheuristic algorithms

WOS:000739260300002Steel dome structures, with their striking structural forms, take a place among the impressive and aesthetic load bearing systems featuring large internal spaces without internal columns. In this paper, the seismic design optimization of spatial steel dome structures is achieved through three recent metaheuristic algorithms that are water strider (WS), grey wolf (GW), and brain storm optimization (BSO). The structural elements of the domes are treated as design variables collected in member groups. The structural stress and stability limitations are enforced by ASD-AISC provisions. Also, the displacement restrictions are considered in design procedure. The metaheuristic algorithms are encoded in MATLAB interacting with SAP2000 for gathering structural reactions through open application programming interface (OAPI). The optimum spatial steel dome designs achieved by proposed WS, GW, and BSO algorithms are compared with respect to solution accuracy, convergence rates, and reliability, utilizing three real-size design examples for considering both the previously reported optimum design results obtained by classical metaheuristic algorithms and a gradient descent-based hyperband optimization (HBO) algorithm

The optimization of multi-storey composite steel frames with genetic algorithm including dynamic constraints

Yapı sistemlerinin minimum a ğırlık olacak ş ekilde, yani optimum boyutlandır ılmas ı, yapı mühendisliğinin temel konular ı aras ında yer almaktadır. Sistem elemanlar ının optimizasyonu esnas ında öncelik gerekli ş artların sa ğlanmas ıdır. Bu çalış mada biyolojik süreçleri taklit eden genetik algoritma kullanılarak çelik çerçeve sistemlerinin geleneksel ve dinamik s ınırlayıc ılar için optimizasyonu gerçekle ş tirilmiş tir. Boyutlandırmada göz önünde bulundurulan gerekli ş artlar TS648 Çelik yapılar ın hesap ve yapım kurallar ı ş artnamesine uygun ş ekilde gerilme s ınırlayıc ıları olarak belirlenmiş tir. Buna ilaveten yer de ğiş tirme s ınırlayıc ılar ı kullanılmış tır. Ayr ıca doğal frekanslar dinamik s ınırlayıc ılar olarak iş leme dahil edilmiş tir. Çok katlı düzlem çerçeve örnekleri optimum boyutlandır ılmış ve sonuçlar karş ıla ş tır ılmış tır. İş lemler çerçevelerin kompozit kiriş li olmas ı durumu için tekrarlanmış tır. Tüm bu uygulamalar ın pratik olarak yürütülebilmesi için MATLAB[22]da bir program geliş tirilmiş tir. Geliş tirilen program ile çerçeve sistemlere iliş kin elde edilen sonuçlar SAP2000[23] programı yardımı ile doğrulanmış tır. Kompozit kiriş li çerçevelerin daha hafif olduğu ve dinamik s ınırlayıc ıların boyutlandırmayı etkilediği gösterilmiş tir.Optimum design of the structures, in other words designing the structures with minimum weight is one of the major research areas in structural engineering. The priority during optimization process is to ensure whether the necessary conditions are satisfied or not. In this study, the optimization of steel frame systems is carried out for traditional and dynamic constraints by using a genetic algorithm that mimics the biological processes. The stress constraints are determined according to TS648- Turkish code for design and construction of steel structures. Furthermore, displacement constrains are considered in the optimization procedure. In addition, natural frequencies are incorporated as dynamic constraints. Optimum design of multi-story plane frames is obtained and comparisons with the results of previous studies are made. The same design processes are repeated for the case of frames with composite beams. A program is coded in MATLAB to carry out all these applications. Results obtained in the study for the frame systems are also verified by SAP2000. It is concluded that the weight of the frames with composite beams are fewer and the dynamic constraints affect the design

Yarı-Rijit Bağlı Çelik Çerçevelerin Genetik Algoritma Kullanılarak Optimum Boyutlandırılması

Konferans Bildirisi -- Teorik ve Uygulamalı Mekanik Türk Milli Komitesi, 2015Conference Paper -- Theoretical and Applied Mechanical Turkish National Committee, 2015Bu çalışmada, yarı-rijit birleşimli düzlem çelik çerçeve sistemlerin genetik algoritma yardımı ile AISC'den (American Institute of Steel Construction) alınan 64 W profil arasından minimum ağırlıklı olacak şekilde optimum boyutlandırılması yapılmıştır. Optimizasyonda gerilme, maksimum yer değiştirme, katlar arası rölatif yer değiştirme, kolon-kolon geometrik sınırlayıcıları dikkate alınmıştır. Gerilme sınırlayıcıları AISC-LRFD (American Institute of Steel Construction - Load and Resistance Factor Design) standardındaki kriterler uygun olarak işleme konulmuştur. Tüm optimizasyon aşamaları için MATLAB'da sonlu elemanlar yöntemine dayalı bir program geliştirilmiştir. Çözülen örneklerde bulunan analiz sonuçları tablo ve grafikler ile sunulmaktadır. Elde edilen analiz sonuçları, çelik çerçeve sistemlerde kolon elemanların etkili uzunluk faktörü değerlerinin yarı rijit bağlantılı durum için büyüdüğünü göstermektedir. Bu nedenle yarı rijit bağlantılı durum için kolon kesitleri büyümekte ve optimum çözümde toplam ağırlık artmaktadır.In this study, optimum designs of planar steel frames with semi-rigid connections are carried out with 64 W profiles from AISC (American Institute of Steel Construction) by using genetic algorithm. Optimum designs of the frames are obtained under stress constraints from AISC-LRFD (American Institute of Steel Construction - Load and Resistance Factor Design), maximum lateral displacement, inter storey drift constraints and column-column geometric constraints. A program based on finite element method is developed in MATLAB for all optimization procedures. The results obtained from the examples solved are presented in tabular and graphical formats. The results obtained in the study show that the effective length factor values of columns increase for the case with semi-rigid connection. So, the sections of column members are greater and minimum total weight of steel increases for the case with semi-rigid connection

Elastik Zemin Üzerine Oturan Uzay Çelik Çerçevelerin GA ile Optimum Tasarımı

Konferans Bildirisi -- Teorik ve Uygulamalı Mekanik Türk Milli Komitesi, 2015Conference Paper -- Theoretical and Applied Mechanical Turkish National Committee, 2015Bu çalışmada, Genetik Algoritma ve MATLAB-SAP2000 OAPI (Open Application Programming Interface) kullanılarak uzay çelik çerçevelerin AISC'den (American Institute of Steel Construction) alınan W profilleri arasından minimum ağırlıklı olacak şekilde optimum boyutlandırılması yapılmaktadır. Gerilme sınırlayıcıları Yük ve Tasarım Katsayıları yöntemiyle AISC-LRFD (American Institute of Steel Construction - Load and Resistance Factor Design) standardına uygun şekilde dikkate alınmaktadır. Ayrıca maksimum yer değiştirme, katlar arası rölatif yer değiştirme, kolon-kolon ve kolon-kiriş geometrik sınırlayıcıları kullanılmaktadır. Yapı zemin etkileşimi üç parametreli zemin modeli uygulanarak dikkate alınmıştır. İncelenen örnekler, zemin etkisini dikkate alındığı ve dikkate alınmadığı durumlar için boyutlandırılmış ve elde edilen sonuçlar tablo ve şekiller ile karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. Tüm optimizasyon aşamaları için MATLAB’de SAP2000-OAPI ile birlikte çalışabilen bir program kodlanmıştır. Bu sayede SAP2000 programında modellenen uzay çelik çerçeveler, MATLAB programı yardımı ile sürekli güncellemektedir. Analiz sonuçları, zemin etkisinin dikkate alınmasının kolon en kesiti boyutlarının büyümesine ve bu nedenle daha ağır uzay çerçevelerin elde edilmesine neden olduğunu göstermektedir.In this study, optimum designs of space steel frames are carried out with W profiles from AISC (American Institute of Steel Construction) by using Genetic Algorithm and MATLAB-SAP2000 OAPI (Open Application Programming Interface). The stress constraints from AISC-LRFD (American Institute of Steel Construction - Load and Resistance Factor Design), maximum lateral displacement and inter storey drift constraints, column-column and column-beam geometric constraints are used in the study. Three-parameter foundation model is used in the study to incorporate soil-structure interaction. The examples investigated are designed for the cases of frames with and without structure-soil interactions for comparison. A program is coded in MATLAB interacting with SAP2000 OAPI for all optimization procedures. Thus, the steel space frame systems modeled in SAP2000 are continuously updated by MATLAB. Results of the analyses show that consideration of soil-structure interaction ends up with larger column cross sections and so, heavier space frames are obtained