Algoritmo genético modificado aplicado à otimização de vigas protendidas
| Ano de defesa: | 2025 |
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| Link de acesso: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/83067 |
Resumo: | Prestressing has become increasingly attractive, as it allows for larger spans, greater architectural flexibility, faster execution, and greater durability. All these advantages can make prestressed concrete structures more economical when combined with an efficient scaffolding system and formwork system. The designer can appropriately define the dimensions of beams and slabs, as well as parameters such as the quantity and layout of tendons based on their experience. However, optimization techniques can be used to find an optimal solution, where design parameters can be determined so that the solution minimizes, for example, the cost, composed of the cost of materials—which includes the volume of concrete, weight of cables, and passive reinforcement—and the cost-of-service execution. Genetic Algorithms (GAs) have been widely used to optimize various types of problems, possessing control parameters and operators that are generally problem-dependent, requiring calibrations calibrations in each case. Thus, some GA variants have been proposed in the literature, but with few applications to prestressed concrete structure design problems. In this work, existing and newly proposed GA formulations for the crossover operator are evaluated for their efficiency and effectiveness in the design of prestressed beams. Structural analyses were performed using the FAST (Finite Element Analysis Tool) software, and the new formulations were implemented in the genetic algorithm of the BIOS (Biologically Inspired Optimization System) software. Both open-source programs were developed in C++ by Laboratório de Mecânica Computacional e Visualização (LMCV) at Universidade Federal do Ceará Ceará (UFC). The proposed algorithms were compared with crossover alternatives in the literature and tested using mathematical benchmarks. Afterward, they were applied to multi-span prestressed beam problems. The effect of varying the fck on the final cost of the optimized beam was analyzed. In summary, the results showed that the proposed operators outperform the alternatives in the literature. |
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Sousa, Sinara de AquinoMelo, Antônio Macário Cartaxo deBarroso, Elias Saraiva2025-10-14T19:37:26Z2025-10-14T19:37:26Z2025SOUSA, Sinara de Aquino. Algoritmo genético modificado aplicado à otimização de vigas protendidas. 2025. 139 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil-Estruturas e Construção Civil) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/83067Prestressing has become increasingly attractive, as it allows for larger spans, greater architectural flexibility, faster execution, and greater durability. All these advantages can make prestressed concrete structures more economical when combined with an efficient scaffolding system and formwork system. The designer can appropriately define the dimensions of beams and slabs, as well as parameters such as the quantity and layout of tendons based on their experience. However, optimization techniques can be used to find an optimal solution, where design parameters can be determined so that the solution minimizes, for example, the cost, composed of the cost of materials—which includes the volume of concrete, weight of cables, and passive reinforcement—and the cost-of-service execution. Genetic Algorithms (GAs) have been widely used to optimize various types of problems, possessing control parameters and operators that are generally problem-dependent, requiring calibrations calibrations in each case. Thus, some GA variants have been proposed in the literature, but with few applications to prestressed concrete structure design problems. In this work, existing and newly proposed GA formulations for the crossover operator are evaluated for their efficiency and effectiveness in the design of prestressed beams. Structural analyses were performed using the FAST (Finite Element Analysis Tool) software, and the new formulations were implemented in the genetic algorithm of the BIOS (Biologically Inspired Optimization System) software. Both open-source programs were developed in C++ by Laboratório de Mecânica Computacional e Visualização (LMCV) at Universidade Federal do Ceará Ceará (UFC). The proposed algorithms were compared with crossover alternatives in the literature and tested using mathematical benchmarks. Afterward, they were applied to multi-span prestressed beam problems. The effect of varying the fck on the final cost of the optimized beam was analyzed. In summary, the results showed that the proposed operators outperform the alternatives in the literature.A protensão tem se tornado cada vez mais atrativa, pois permite vãos maiores, maior flexibilidade arquitetônica, maior agilidade na execução e maior durabilidade. Todas essas vantagens são capazes de tornar as estruturas de concreto protendido soluções mais econômicas quando associadas a um sistema eficiente de cimbramento e fôrmas. O projetista pode definir adequadamente as dimensões das vigas e lajes, bem como parâmetros como a quantidade e o traçado dos cabos a partir de sua experiência. Porém, técnicas de otimização podem ser utilizadas em busca de uma solução ótima, onde parâmetros de projeto podem ser determinados de modo que a solução minimize, por exemplo, o custo, composto pelos custo dos materiais – que inclui o volume de concreto, peso dos cabos e da armadura passiva – e da execução dos serviços. Os Algoritmos Genéticos (AGs) têm sido amplamente utilizados para otimização de diversos tipos de problemas, possuindo parâmetros de controle e operadores que são, em geral, dependentes do problema, necessitando de calibrações em cada caso. Dessa forma, algumas variantes dos AGs têm sido propostas na literatura, mas com poucas aplicações a problemas de projeto de estruturas em concreto protendido. No presente trabalho, formulações existentes e novas formulações propostas para os AGs com relação ao operador de cruzamento são avaliadas quanto à eficiência e eficácia ao dimensionamento de vigas protendidas pós- tracionadas sem aderência. As análises estruturais foram realizadas com auxílio do software FAST (Finite element AnalySis Tool) e as novas formulações foram implementadas no algoritmo genético do software BIOS (Biologically Inspired Optimization System), ambos de código aberto e desenvolvidos em linguagem C++ pelo Laboratório de Mecânica Computacional e Visualização (LMCV) da Universidade Federal do Ceará (UFC). Os algoritmos propostos foram comparados com alternativas de cruzamentos da literatura, e testados utilizando-se Benchmarks matemáticos, após isso, foram aplicados a problemas de vigas protendidas de múltiplos vãos. Foi possível analisar o efeito da variação do fck no custo final da viga otimizada. Em suma, os resultados mostraram que os operadores propostos apresentam desempenho superior às alternativas da literatura.Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.Algoritmo genético modificado aplicado à otimização de vigas protendidasinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisAlgoritmos genéticosVigas de concreto protendidoOperador de cruzamentoOtimização estruturalGenetic algorithmsPrestressed concrete beamsCrossover operatorStructural optimizationCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVILinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFChttp://lattes.cnpq.br/4723717566414609https://orcid.org/0000-0001-9172-559Xhttp://lattes.cnpq.br/7655753373043565https://orcid.org/0000-0003-0398-4124http://lattes.cnpq.br/27981375227353002025-10-09ORIGINAL2025_dis_sasousa.pdf2025_dis_sasousa.pdfDissertação de Sinara de Aquino Sousaapplication/pdf4289331http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/83067/1/2025_dis_sasousa.pdf332ce3015259d29b3b6b920c4e0bf676MD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/83067/2/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD52riufc/830672025-10-14 16:37:26.948oai:repositorio.ufc.br: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Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2025-10-14T19:37:26Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false |
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