THE EFFECT OF MEMBER GROUPING ON THE OPTIMUM DESIGN OF GRILLAGES VIA SEARCH TECHNIQUES

Öz

Member grouping of a steel grillage system has an important effect in the minimum weight design of these systems. In the present research, this effect is investigated using an optimum design algorithm which is based on two stochastic search techniques called particle swarm (PSO) and harmony search (HS) optimization methods. The optimum design problem of a grillage system is formulated by implementing LRFD-AISC (Load and Resistance Factor Design-American Institute of Steel Construction) limitations. It is decided that W-Sections are to be adapted for the longitudinal and transverse beams of the grillage system. 272 W-Section beams given in LRFD code are collected in a pool and the optimum design algorithm is expected to select the appropriate sections from this pool so that the weight of the grillage is the minimum correspondingly the design limitations implemented from the design code are satisfied. The solution for this discrete programming problem is determined by using the PSO and HS algorithms. Design example is presented to demonstrate the effect of beam spacing and performances of stochastic search techniques in the optimum design of grillage systems.

Anahtar Kelimeler

• Grillage optimization, discrete optimum design, member grouping, stochastic search techniques, particle swarm algorithm, harmony search algorithm

Öz

Eleman guruplandırması çelik ızgara sistemlerin minimum ağırlık tasarımında önemli etkiye sahiptir. Mevcut çalışmada bu etki parçacık küme ve armoni arama isimleriyle bilinen iki farklı olasılığa dayalı optimizasyon metodu yardımıyla incelenmiştir. Izgara sistemin optimum tasarımı LRFD-AISC Amerikan şartnamesinde bulunan sınırlayıcıların dikkate alınması suretiyle gerçekleştirilmiştir. Her iki eksen doğrultusunda tasarlanacak olan elemanlar için aynı şartnamede bulunan 272 adet geniş başlıklı çelik profil kesiti kullanılmıştır. Optimum tasarım algoritması ızgara sistem elemanları için 272 adet çelik profilin bulunduğu tasarım havuzundan uygun profillerin seçilmesi suretiyle, sınılayıcıların sağlandığı ve ağırlığın minimum olduğu tasarımı belirleyecek şekilde oluşturulmuştur. Paçacık küme ve armoni arama yöntemlerinin kullanılmasıyla elde edilen tasarım algoritmaları yardımıyla sözkonusu kesikli optimizasyon probleminin çözümü gerçekleştirilmiştir. Bir tasarım örneği dikkate alınarak kiriş yerleşim aralıkları ile optimizasyon metodlarının performanslarının optimum tasarıma etkisi incelenmiştir.

Kaynakça

1. Fourie, P. and Groenwold, A., The Particle Swarm Optimization Algorithm in Size and Shape Optimization, Structural and Multidisciplinary Optimization, 23 (4), 259- 267, 2002.
2. Perez, R. E. and Behdinan, K., Particle Swarm Approach for Structural Design Optimization, Computers and Structures, 85 (19-20),1579-1588, 2007.
3. Kaveh, A. and Talatahari, S., A particle swarm ant colony optimization for truss structures with discrete variables, Journal of Constructional Steel Research, 65, 1558- 1568, 2009
4. Geem ZW, Kim JH. A new heuristic optimization algorithm: Harmony search, Simulation, 76, 60-68, 2001.
5. Geem ZW, Kim JH, Loganathan GV. Harmony search optimization: Application to pipe network design, International Journal of Modeling and Simulation, 22(2002) 125-33.
6. Lee KS, Geem ZW. A new structural optimization method based on harmony search algorithm, Computers and Structures, 82(2004) 781-98.
7. Lee KS, Geem ZW. A new meta-heuristic algorithm for continuous engineering optimization: Harmony search Theory and Practice, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Nos. 36-38, 194(2005)3902-33.
8. Erdal, F., Saka, M.P. and Doğan, E., Optimum Design of cellular beams using harmony search and particle swarm optimizers, Journal of Constructional Steel Research, 67(2), 237-247, 2011.