Resumen

El diseño de estructuras metálicas tipo cercha es un problema frecuente en la ingeniería civil, que requiere de la experiencia del ingeniero diseñador para lograr una solución estructural con buen desempeño y que pueda satisfacer las necesidades establecidas. En los últimos años, el diseño de estos sistemas ha sido soportado mediante la aplicación de diversos métodos de optimización, que permiten obtener soluciones óptimas, dando cumplimiento a los objetivos de diseño propuestos, de forma automática y en un menor tiempo de trabajo. Esta investigación presenta la aplicación de una serie de algoritmos metaheurísticos multiobjetivo para el diseño automático de cerchas de gran escala. Se aplicaron los algoritmos NSGA-II, MOPSO y AMOSA, y se consideraron estructuras reportadas en la literatura conformadas por un número elevado de elementos. El desempeño de los algoritmos se evaluó con base en el costo computacional, el criterio del hiper volumen y el comportamiento que tienen los algoritmos al aumentar la cantidad de iteraciones por ciclo de optimización. El espacio de búsqueda usado en la optimización fue discreto, restringido por los perfiles de acero W disponibles en el mercado colombiano. Los resultados obtenidos demuestran que, para los problemas propuestos, el algoritmo MOPSO es el más eficiente, seguido del AMOSA y del NSGA-II que mostró un costo computacional mayor. Finalmente, vale la pena mencionar que los tiempos de cálculo fueron menores a una hora, para cerchas cercanas a los mil elementos.

1 INTRODUCCIÓN

La optimización estructural de cerchas se ha constituido en un tema de gran interés por parte de la comunidad científica, ya que su uso proporciona soluciones de diseño preliminares que puede perfeccionarse con análisis adicionales para su implementación en el mundo real [1], lo que permite obtener soluciones estructurales cuasi-óptimas.

El diseño de estructuras metálicas tipo cercha, es un proceso iterativo en el cual se prueban diferentes opciones (ej. diversas combinaciones de perfiles estructurales [2],[3]) hasta dar cumplimiento a las normas de diseño. Lo anterior se logra generalmente con un número limitado de pruebas, dada la alta cantidad de cálculos que el diseñador debe realizar. La aplicación de optimización estructural basada en los algoritmos metaheurísticos, permite que este proceso de diseño pueda llevarse a cabo de manera automática e iterativa, realizando una alta cantidad de pruebas en tiempos razonables, proporcionando soluciones óptimas satisfactorias [2],[3],[4].

Por otro lado, cuando se aplica un proceso de optimización estructural en cerchas, existen tres tipos de optimización de acuerdo a las variables de diseño que son; la optimización de tamaño, donde las variables de diseño son las áreas de los elementos, manteniendo fija la conectividad de los elementos y las coordenadas de los nodos; seguido de la optimización de forma o geométrica, en el que las variables de diseño son las coordenadas de los nodos, manteniendo fija la conectividad de los elementos y el área de los elementos; y finalmente la optimización topológica discreta, en el que las variables de diseño son las áreas de los elementos y se busca determinar la conectividad de los elementos, manteniendo fijo las coordenadas de los nodos (pueden existir nodos inactivos) [5].

• Materias:Técnica heurística Simulación por computador Ingeniería de estructuras Dinámica de estructuras Algoritmos (Matemáticas)
• Subjects:Metaheuristic technique Computerized simulation Structural engineering Structural dynamics Agorithms (Math)
• Palabras claves:Optimización metaheurística multiobjetivo; Estructuras Articuladas; Cercha; Gran escala
• Keywords:Multi-objective metaheuristic optimization; Articulated Structures; Trusses; Large scale