A_Simple_Genetic_Algorithm_for_the_Design_of_Reinforced_Concrete_Beams

August 1, 2018 | Author: api-19804793 | Category: Genetic Algorithm, Mathematical Optimization, Strength Of Materials, Bending, Beam (Structure)
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E n g in e e r in g

\ue0009

C o m p u te rs

A

S i m

p l e

G e n e t i c

A l g o r i t h m

f o r

t h e

D e s i g n

C . A . C o e l l o

A b s t r a c t ,

W

e

F .

p r e s e n t

o f

R e i n f o r c e d

t e d i o u s p r o c e d u r e s ,

c o n c r e t e ,

s t e e l

w h i l e

a l s o

a n ds h u t t e r i n g .

t h e o u r

p r a c tic a l

a r e

e n g i n e e r s

m

e ffic ie n t

r e q u i r e d ,

c o m p a r e

r e s u lts w it h

th o s e

r a t h e r

t h a n

t h e

t r a d i t i o n a l

s e a r c he n g in e ,

a n d

o b ta in e d v ia

to is c u r r e n tly M

b x i c o ,

e t h o d

c e r t a i n

H o w e v e r , h i g h l y

a n y

te s te d

d e s i g n m

s e a r c ht e c h n i q u e

t h e

o p t i m a l

e v a lu a te

[ 1 ] .

t h e

a

u s e

a r t i f i c i a l

d e a l b e in g

p o t e n t i a l

n a t u r a l s e le c tio n ,

c a l l e dt h e

th is

T h e i l a r

t h e

3 ] .

g e n e t i c

a

s i m

D e s i g n

p r o b l e m

n o n l i n e a r

T h i s f o r

p e r f o r m i n g t h e

n u m b e r

a t h e

a i n l y

a n d

m o r e a s

a t teh e

m e th o d le a d s

in fin ite

t h e

a u t o m

u s e

a l t e r n a t i v e

i s p r e f e r r e d o v e r

s

a no p t i m i z a t i o n m o d e l f o r

t h e i r

o f

B e a m

S a n t o s H e r n f i n d e z 2

h e l p

s t r e n g th

C o n c r e t e

t e c h n i q u e

o p t i m a l

( F i g .

3 ) .

T h e

i n s t e a d

o p tim iz a tio n ; o f a

c o s t f u n c t i o n , a n d e i t h e r

( a s

i n

t r a d i t i o n a l

d e s i g n )

o trh e

t h e

g r a d i e n t

e n g i n e e r

o f

t h e

1 . I n t r o d u c t i o n i n t e r v e n t i o n , T h e

r e i n f o r c e d

e le m e n ts p la y s

a

c o n v e r g e s d e s i g n

u s e

t r a d i t i o n a l a

c e r t a i n s o lu tio n t h a t is

m a t h e m a t i c a la n a l y s i s p r o b l e m re q u ire m e n ts a r e

v e rify

t h a t

th e

a re s a t i s f i e d . I f s u c hr e q u i r e m e n t s a

a

a

n o r m a l l y Fig.

1,

t h e

i s

t y p i c a l l y

o f h i g hc o s t

( s e e

in t e r m s

F i g . o f

1 ) .

t i m e

T h i s

p r o c e s s

a n dh u m

a n

a p p l i e d u n t i l

r e i n f o r c e d

o m

m

o m

a n d o f f p r i n t r e q u e s t st o :

at o t a l

t h i s

w e i g h t

s e c t i o n

t o

g iv e n

s e c t i o n

e n t o f

m

b u t

i t

f o u n d a

r e s i s t a n c e o f

a y

T h e r e f o r e , s l o w ,

s h o w n

a s s u m e s

e n t

a p p l i e d b e n d i n g m

C o r r e s p o n d e n c e

t h e

b e n d i n g m o m e n t . T h i s

a

w h i c h

lik e

e n g i n e e r

o f t e n m

s u b - o p t i m a l

b e a mb e f o r e h a n d , a n d a t r i a l s e c t i o n i s c h o s e n .

n e w

e x p e r i e n c e

a

i t e r a t i v e

in w h i c h t h e

f o r t h e

t e c h n i q u e

r e a s o n a b l e

d e t e r m i n e d , d e r i v e d f r o m h i s

l e a s t

T h e

d e s i g nm e t h o d

t h e n c o r r o b o r a t e d

i n

t oa t

a n dt h e

o m

q u i t e n o to n l y a l s o

is

d i f f i c u l t y t h e

e n t

s u ita b le . T h i s

s e c tio n w i t h t h e

s u b s t a n t i a l the

i n m a t c h i n g t h e t h e

t o t a l

b e a m 's w e ig h t, m

a n y o f

e c o n o m i ca n a ly s is

a s i n c et h e

R e a l W

I

o r l dP r o b l e m

I I

s t r u c t u r e

ld e n flW :

! J In c o rp o ra te

t h e umn o, ~ e

In itio l D e s ig n

J

A n a ly s is

I

D e c o d in g

I M

o d ify

A n a ly s is

d e s i g nu s i n g

e x p e r i e n c e / h e u r i s t i c s M o d ify d e s ig n u s in g

, m o m

c r o s s o v e r

m u ta tio n

_~ 'Y e s l

F i g .

1 .

F in a l

T r a d i t i o n a l

d e s i g n

F ln a l D e s ig n

D e s ig n

p r o c e s s e s .

s o m e f o r c e d -

g e n e r a l

c o n c e p t s

c o n c re te

f r o mr e i n -

m o d e l

w ill

I

Id e n tify :

s a t i s f i e d

[ G

e n e r a t e

]

in itia l D e s ig n

2 . A n a ly s is

-

-

B a s i c

C o n c e p t s

I

S t r e n g t h

b e tte r p re d ic ts th e

s e c tio n -

th e

1

th e

lo a d s

s u b je c te d a r e

m

o s t

to

e c o n o m

f i n d

i c a l

s e c tio n

liv e

d e s i g nt h a t

t h a t

m

in im

izes

m o d e l

t h e

a

r e i n f o r c e d c o n c re te p r o c e d u r e s ,

b u t

a l s o

f o r

m o r e

w h ic h

c e r t a i n l y

it

a

s t r u c t u r e

a p p ly

th e

s a f e t y f a c t o r s

th e m .

o p t i m a l

r e c t a n g u l a r

T h e

b a s i c

a s s u m p t i o n s

t h a t

a r te a k e n

w h e n u s in g

c o n s i d e r s

t h e

m o d e l

c o s t s

fo llo w s

o f

c o n c r e t e ,

th e

*

P la n e

s e c tio n s

b e fo reb e n d in g r e m a i n

p la n e

b e n d in g . ( i . e .

th e

s t r e n g t h

s h u tte rin g . O u r

c a tio n s

s t r e s s

d e t e r m i n e dt h a n

a l l o w s t h e u s e o f d i f f e r e n t fo r

a

lo a d s ,

p h y s ic a lly

s u ita b le . th is

h i g h

le v e ls .

[1 ].

B e c a u s e

c o n c e r n is

a

th e a t

B e le g u n d u

o n l y

s t r e n g t h o f

re c o g n itio n

a d d i t i o n a l c o n s t r a i n t s ) t h a t

m

a k e

e

u l t i m

a t e

c a p a c ity ,

p r o p o r t i o n a l .

a r e

a fte r

!8 7

i

o . s f ~

i n c l u d e w i t h

-

7

c e r t a i n

t h e

p a r a m e t e r s c o m b i n e d

p a r a m e t e r s

m o d e l ,

o p t i m a l

t h a t

s u i t a b l e

r

/ - ' 7

T h e

o f

G a l i l e i

[ 7 ] ,

a l t h o u g h h is

[ 9 ] ) a t t e m p t s o p t i m

b e a m s w a s

u s e

c a l c u l a t i o n sw

a

d i g i t a l

c o m

t h i s t h e

L a g r a n g e

p r o p o s e d e r e

i n

a l

J

f i r s t

p u t e r

a

t h e

c a lc u lu s o f

d e n s i t y t w o

c o n t r o l |

te n s ile

T h e

t h e

s t r e n g t h

f l e x u r a l c o m |

s u p p o r t s

v a r i a b l e s

d i f f e r e n t

T h e

c o n c r e t e

a

w e r e

p o i n t sa l o n g

s t r e s s ,

n e g l e c t e d

s h e a r

i s

0 . 0 0 3 .

b e a m

|

c o m p r e s s i v e

b e a m ,

g i v e n o f

T h e

c r o s s - s e c t i o n s

a n d c o n s t r a i n t s w e r ei m

p o s e d .

t h e

s o lv e

lo a d .

H

a u g

g e n e r a l i z e d

s t a t i c a l l y d e t e r m i n a t e

s .

V e n k a y y a [ 1 0 ]

T h e

v a l u e s

e t h o d

d e v e l o p e d a

c r i t e r i o n |

t h e

t h e

N e w to n 's a l g o r i t h m

s t r a i n

c e r t a i n

a n dd e f l e c t i o n

i t e r a t i v e m

p u t a t i o n s .

u l t i m a t e

a

v a r i a t i o n sw i t h

a d e

w i t h

|

a u g

a m

t h e n e u t r a l a x i s .

H

t h e

p r o b l e m

T

f r o m

f o r

s t r u c t u r a l e l e m e n t .

n o n - l i n e a r

p r o b l e m

t o o l

m

e t h o d

a

t h e

0 . 8 5 f ' c .

s u b j e c t e d

s t a t i c l o a d i n g . H i s

m

e t h o d

| n o t

e x c e e d

f y .

A c c o r d i n g t r a p e z o i d a l F ig .

t h e

r e c t a n g u l a r g iv e n

th is

a s s u m

s t r e s s n o m

d i s t r i b u t i ol n ik e

i n a l

b e a mw i t h

m

o m

e n t

th e

( d )

e a

l i m i t s

o n s i z e s

o f

t h e a p p l i e d

s h o w n

c a p a c i t y

t r u s s e s ,

a

t h e

t e n s i o n

f r a m e s

a n db e a m s .

I n t h e s e

s t r u c t u r a l e l e m e n t

t h e

t h e c a s e s ,

M

n

=

b d 2 f ' ~ w

( 1

-

0 .5 9 w )

m

(1 )

a x i m

u m

m

d e f l e c t i o n

a A r o r a e x t r e m e

c o m p r e s s i v e f i b e r

t h e

c o n c r e t e ,

w=

[ 1 2 ]

t h e

s w i t h

t e n s i o n

H

g r a d i e n t p r o j e c t i o n m

c o n s t r a i n t s

i z e

t h e

p l y

c o n c e n t r a t e dlo a d .

f r e q u e n c y t h e

s i m

i n i m

a u g e t h o d

a n d

( A J y b d f ' ) ,

r e i n f o r c e m e n t

a

c e n t r o i d b e a m

o f

w e i g h t

m i n i m i z e d .

b y [ 6 ] :

K a r i h a l o o

t h e

t h e

p a r a m e t e r

s t r e s s ,

c l a m p e d

d e f l e c t i o n ,

n a t u r a l

a n d

r e i n -

is

the

p a r a m e t e r

f o r c e m e n t . i n f i n i t e

n u m

b e ro f s o l u t i o n s

t o

S a o u m

a

M

u r a d

[ 1 3 ]

d e v e l o p e da

m

e t h o d f o r

m i n i m u m l o a d e d , p a r t i a l l y m u n t i l

a

( 1 )

n i n e

v a ria b le s : s ix

s .

T h i s

g e o m e t r i c a l

s u i t a b l e s e c t i o n i s

s e c tio n s

o d e l

b e a m

e v a l u a t e d

d o e s n o t i n c o r p o r a t ae n y

th is c o s t

t h a t o n l y a f e w

of

tensile

c o m p r e s s i v e m

m a n n e r . S in c e E q . p a r a m e t e r ,

t h e r e

i l d

a r e i s u l t i m

a t e

w i t h

r e s p e c t

t o

a t

b o t h T h is

th e

c ra c k in g

m o d e l

m e t h o d

e n t

th e

u s in g

c o u p le d

c o s t

o m

w a s w ith

i n

e e rin g

m

th e

a p p lie d

lo a d .

p e n a l t y - f u n c t i o n s

q u a s i - n e w t o n u n c o n s t r a i n e d

t e r m s

o f

d e s i g n

p a r a m e t e r s .T h i s

v a r i a b l e s l, e n g t h ,

f u n c t i o n

m

in im

ized

s u b j e c t t o

S o m e

o t h e r

a u t h o r s

d

m u l t i o b j e c t i v e

o p tim iz a tio n te c h n iq u e s

d e a l

w ith

th is

p r o b l e m .

F i g . 5 .

w ith a

h o llo w

r e c t a n g u l a r c r o s s - s e c t i o n a n d

m a x im iz e d A fter

using

m

a n y

d i f f e r e n t

c o n c lu d e d t h a t A l s o , m e t h o d f o r

O s y c z k a

y ( x )

n a t u r a l f r e q u e n c y .

w h e r e

is

= c l A

the

s

+ c z b d

c o s t

q - c s d

p e r u n it

+

(2 )

le n g th o f

th e

a p p r o a c h e s

g a m e t h e o r y [1 6 ,

th e

t h e

o f

c o e ffic ie n t

th e m

i n - m

a x

( $ / e m 3 ) ,

c 3i s

v o lu m e the

c o s t

o f

c o n c r e t e

th e

c o e ffic ie n t

s h u t t e r i n g

a n t h e c o s t c o e f f i c i e n t d u e t o s h u t t e r i n g a l o n g t h e b o t t o m

p o s t - t e n s i o n e d f l o o r

m i n i m u m th e

e - c o n s t r a i n t m

h o r i z o n t a l

a

in itia l

e t h o d

t r a n s f o r m

p r o b l e m

in to

t h a t

a

o f th e

th is

s in g le

th e

b e a m a s

v a ria b le g iv in g

s h o w n

th e

[ t 9 ]

o p tim a l

a

r e i n f o r c e d

sim

b

o f

th e

b e a m ,

a l s o

o n l y

a f f e c t

t h e

is

t h e y

m o d e l

c o n c re te

C h a k r a b a r t y ' s m o d e l

th e

i n

w id th

b a l.

2 ) ,

c a m b e r .

m u ltio b je c tiv e o p t i m i z a t i o n p r o b l e m n o n l i n e a r o p t i m i z a t i o n

( $ / c m

th e

f o r

th e

o f

a

b e a m ,

b u t w ill

also

n o t

d e t e r m i n e

m

o m

e n t d

s e c tio n s

[4 ,

c o s t

s o m e

v a ria b le s

t h a t

th e

t o t a l

o f

th e

a

ilarities m o m e n t. u s e a

f o r

m odified

it

C h a k r a b a r t y ' s m o d e l

o p tim a l

m o d e l

th e

fo llo w in g :

i m p l e m e n t a t i o n ,a l t h o u g h

slightly

=

to

c l A ~

+ c 2 b d

+

c o n c re te T h e d e s i g n s

i n

o rig in a l

s o m e

m o d e l

le a d s

i n c o n s i s t e n t <

c a s e s .

I

( e q u i l i b r i u mc o n s t a n t )

a 2

c o n c r e t e le n g th

o f

b e a m th e

e x p re s s io n

[5 ]:

F i g . w ill

be

5 .

g iv e n

T h e

c o s t th e

p e r

+

u n i t

c o n s tr a in t)

fo llo w in g 0 .2 5

(3 )

< b / d

(4 )

A ] g o r i t h m

R e i n f o r c e dC o n c r e t e B e a m

( w i d t h - h e i g h tr a t i o

s

(5 )

c o n s t r a i n t )

A s

Q ( d

-

:

o

(1 7 )

b d f;/f,

a s k d ) ( f ~ f ' ~ k d b +

w h e r e ( a c t i n g m

a 6 /b

<

1

d ,

b ,

M

T ,

M

T

o m

(6 )

e n t c o n s t r a i n t )

4 (0 " 5 9 )M T

(7 )

( m i n i m u m w i d t h c o n s t r a i n t )

1 A

s ,

k d>

0

( n o n - n e g a t i v i t y

- -

1

0 .9 b d 2 f~

-= -

1 .1 8 H e r e

is

a

v a r i a b l e d e f i n i n gt h e

t o t a l T h i s

s e l f- w e i g h t t h e

o f

t h eb e a m

,

is

a

l a s t

e x p r e s s i o n ( d e p t h o f

v a r i a b l ed e f i n i n g g iv e n

d e p t h

b e

w h e r e

w s =

=

w ~

0 . 0 0 7 8 5

x G ( $ / c m

k g / c m

3

3 )

b l o c k

b y :

A s / ( a l b

( l 8 )

)

( a s s u m e vd a l u e )

t h e

t h e

T h e

u n i t

g e n e t i c

( G A )

a l g o r i t h m

a

h e u r i s t i c

s t e e l r e i n f o r c e m e n t ( $ / k g ) . b y ~ --- ( 1

w h e r e t h e

(1 ).

(9 )

c s i s c o s t o f

f r o mE q n

t h e e q u i v a l e n t

- -

c I

d e r i v e d

G is

c o v e r

" } -

the u n i t

r ) C

c X

1 0

c o s t

o f

+ r ) c r

x

. 6

( $ / c m

a )

J o h n H o l l a n d

(1 0 )

c o n c r e t (e $ / m 3 ) a n d r

is

r a t i o . i n d i v i d u a l m a t h e m a t i c a lo b j e c t s ( t y p i c a l l y f i x e d c 3

w h e r e

=

2 ( 1

i 0

. 4

( $ / c m

2 )

( 1 1 ) s t r i n g s ) ,

q

a c 4

=

c r

x

a ,

1 0 . 4 ( $ / c m

=

2 )

e a c h

w i t h

a n

v a l u e ,

p o p u l a t i o n(i.e.

the

i n t o

g e n e r a t i o n )

(1 2 )

0 . 8 5 s

(1 3 ) o c c u r i n g g e n e t i c o p e r a t i o n s ( n o t a b l y

w h e r e ( N

/ c m

( N

/ c m

f y

i s

t h ey i e l d s t r e n g t h o f

s t e e l

D =

l o a d ,

w e =

c o n c r e t e ,

1 . 4

=

D (1

+

( a s s u m e d )

(1 4 )

r ) w ~ k L 2

i s

t h e

l o a f da c t o r

f o r

kis

a l g o r i t h m

m u s t

s p a no f t h e

b e a m( c m

d e a d

A

=

3 .

a n dL

w a y

p o t e n t i a l s o l u t i o n s

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1 / ( f , Q

A n

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f u n c t i o tnh a t

e n v i r o n m e n t ,r a t i n g

) .

f ' )

(1 5 )

Q

0 .9 0

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r e p r e s e n t a t i o nf o r

s o l u t i o n s .

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r e d u c t i o n

b e n d i n gm a s

A

p r o b l e m .

the b e a m )

) ,

1 .

2 .

s e c tio n

c m

g e n e t i c

2 ) .

w h e r e

w h e r e

s e x u a lr e c o m b i n a t i o n ) . A

a 3

t h e

r e i n f o r c e m e n t

o m

4 .

s o l u t i o n s

G e n e t i c o p e r a t o r st h a t

a l t e r t h e

t h er o l e t e r m

s

o f

th e

t h e i r

c o m p o s i t i o n

c h i l d r e n .

f o r f a c t o r

p l a y s

5 .

V a l u e s f o r

v a r i o u s p a r a m e t e r s t h a t

a l g o r i t h m

e n t

( p o p u l a t i o ns i z e s ,

th e

g e n e tic

p r o b a b i l i t i e s

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b e a m

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|

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A

c h r o m o s o m e

a

d a t a

s t r u c t u r e t h a t

h o l d s

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M

T

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( 1 6 )

a r r a y o f i n t e g e r s p o i n t

r e p r e s e n t a t i o n ) .

( f l o a t i n g

C

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C r o s s - p o i n t

A

C o e l l o C o e l l o

C r o s s - p o i n t !

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A

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( p l u r a l s c h e m a t a )

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a

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b e i n g

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o s o m

T h e

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0 1 1 0 1m

f o l l o w i n g s e g m e n t

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a

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" c o n t a i n ' a

a t c h e s

o p e r a t i o n

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p o i n tr e p r e s e n t a t i o n ,

s c h e m a#

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F i g . 6 , U

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1 # 0 # ) .

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p s e u d o - c o d [ e2 2 ] :

2

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a c c e p t e d

p o p u l a t i o n w ill

r e p r e s e n ta l l

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W

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t h e p o s s ib le s o l u t i o n s

a p p l y

s o l u t i o n

t h e f i t n e s s ,

t h e T h e r e

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p a r e n t s o f m

m

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c h r o m

o s o m

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t h e

a c o m

a n y

t h e

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a p p l i c a t i o n s

s e l e c t i o n ) .

t w o - p o i n t

a

a i ns e l e c t i o n

s c h e m e s :

i n d i c a t e d M

a

g e n e r a t i o n .

D u r i n g

r o u l e t t e

a 0 t o

w h e e l

s e l e c t i o n ,

w h e e l

1 a n d

c e r t a i n

p r o b a b i l i t y F ~

p u t e d a c c o r d i n g

t ot h e

f o r m

o f

u l a

b e i n g

a s s u r e s

s e le c te d ,

p e r f o r m i n g t w o - p o i n t

a s

e

r a n d o m

i n d i c a t e dF ii g n . e

l y 6 .

t w o

r a n d o m

l y s e le c te d

7 . p o r t a n t g e n e t i c

r e p r e s e n t a t i o n ,a T h i s

m

u t a t i o n

o p e r a t o r

a l l o w s

t h e

c h r o m o s o m i c m a t e r i a l

p o p u l a t i o n a n d ,

i n d i v i d u a l

o f

s c h e m

s c h e m

a n o t h e r i m

b i n a r y

p o i n t

c h r o m o s o m e a r e

i nF i g .

u t a t i o n

w a y s

c h r o m o s o m e

c r o s s o v e r

t h e

a i n

s i n g l e - p o i n t

t h e

W

h e n

t h e

m

s i n g l e - p o i n t

a s

t a k e s

f o l l o w i n g

a

p o s i t i o n

s e l e c t e d

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i n g

c a l l e d

i n t r o d u c t i o n r o u l e t t e

a n d

~ 2 1 1 ;

t a k e s p l a c e .

a r e

g e n e r a t e d .

p o s i t i o n s o f t h e

o s o m

1 );

-

p o p u l a t i o ni s

i n d i v i d u a l s o f

p r o b l e m .

c h r o m

th is

b e i n g

a

t h e

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o f t h e

a n i n i t i a l

n u m b e r s ) t h a t

t w

e f f e c t

t w o F i r s t ,

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t h e

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b e t w

a i n

s e le c tiv e

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e v a l u a t e

c r o s s o v e r

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a ( t )

s i n g l e - p o i n t

w h i c h p a r e n t s

G (0 );

g e n e r a t e

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t : : 0 ;

t : = t

o f

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f r o m

t h e

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t h e

t h e o r e t i c a l

p o p u l a t i o n - - t h e

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s e a r c h

[2 2 1 .

[ 2 2 ] : I f

w e

k n e w

t h e

f i n a l

s o l u t i o n

i t

w o u l d

F i L s t o p w h e r e th is

f ~

i s

t h e

f i t n e s s

s e le c tio n s c h e m

h i g h e r

e

p r o b a b i l i t yo f

v a l u e

o f

t h e

e a c h

o s o m

i n d i v i d u a l s

b e i n g

a r e t h e

i .

I n

a

b e s t

o n e

s e le c te d

f r o mt h i s

set

a g e n e r a t i o n .T h i s

e

v e r i f y

i n d i v i d u a l s

t o u r n a m e n t

k

c h r o m

o f

s e v e r a l

w h e n t h e

d i f f e r

f r o m

w a y s

[ 2 2 ] :

p o p u l a t i o n

t r a d i t i o n a l

t h e m

a n y

9 c a r r y

o u t

a

s e a r c h .

s t a b i l i z e d (i.e.

t e c h n i q u e s

all

e s .

A l g o r i t h m f o r

D e s i g n

B e a m s

C ro s s -p o in ts

C ro s s -p o in ts

b in a ry

e n c o d in g

I s l s I 5 1 0 1 7 1 3 J

I l l o

l l l o

l l i l l o

l l l

flo a tin g p o in t e n c o d in g D e s c e n d a n ts

F i g . 8 . R e p r e s e n t i n gt h e p o i n t

F i g . 7 .

U s e

o f

t h i s

a

t h e

t w o - p o i n t c r o s s o v e r b e t w e e t nw o g e n e s

a t t h e

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e s

a r ek e p t ,

s a m

e

n u m

b e r u s i n g

b i n a r y

f l o a t i n g

e n c o d i n g s .

c h r o m o s o m e s .

a n d t h o s e

t h e

c r o s s - p o i n t sh a p p e n s t h e p e r f o r m

a

e d ,

a n di f b o t h

a r e

s i n g l e - p o i n tc r o s s o v e w r ill

t h e

t h e

'flo a tin g p o in t'

p a r e n t s

p r e f e r r e d

r e m a i n

p o s itio n

9

u s e

s to c h a s tic o p e r a t o r s r a t h e r

t h a n

c h r o m o s o m e . T h e r e f o r e , s o m o f

9 ( s o m e t i m e s

c a lle d

g a t h e r i n gi n f o r m a t i o nf r o m p o i n t s

im a

p licit

p a r a l l e l i s m

p o p u l a t i o no f

a b ility

) ,

s e a r c h

d i r e c t

th e y t h e

s a m e

3

d e c i m

c o u l d

m a i n t a i n m u ltip le p a r t i a l s o lu tio n s a k e

s u s c e p tib le

t r a d i t i o n a l r e p r e s e n t a t i o n

p r o v i d e s a

c o n th e

b i n a r y

th e

@

n u m

b e r o f

b 2 ,...,

b ma r e

s c h e m a t a

c o d in g [ 3 ] ,

i t s

u s e

s c ie n tis ts . T h is a n a ly s is o f

th e

b it

o f

z e ro s

r e p r e s e n t a t i o n s p a c e s p a c e ,

g e n e ra lly t r u e

'im

a l s ob e

a n d

th e

b i n a r y

w h e r e

c o d in g .

t h e o r e t i c a l

a

b i n a r y

n u m

b e r

@

p o s i t i o n o f p o s itio n ,

1 ,

( 9 t ,

w ith

T h e G r a y c o d e r e p r e s e n t a t i o h n a s

t h e

p r o p e r t y

l a r g e r

o p t i m i z a t i o n p r o b l e m s

w h ic h

th e

a d j u s t e d

a lo g ic a l

c h o ic e .

c h a n g e o f

k n o w n

a

s i n g l e

te c h n iq u eu s e d

t o

t o

s p a c e ,

o f a n d

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i s

t w

o

a r g u e d

f o r m

th e T h e

c l o s e

g e n e tic

p o i n t r e p r e s e n t a t i o ns c h e m e s e e m s a

o f t h e

m u s t

p licit

e x p e r i m e n t

w ith

b e

r e p r e s e n t a t i o n

o n g

[ 2 1 ] .

s t r i n g

flo a tin g p o i n t

=

th e

w o r t h w h i l e

A c c o r d i n g

la rg e

a n y

a m fa c ilita te s

t h e

1 , b 2 ,...,

i n f o r m a t i o n o f

h a s

H o w e v e r ,

p a r a m e t e r s

a r e

w ith

h ig h e r p re c is io n t h a n

te c h n iq u e

p a r t i c u l a r, f o r

o t h e r s

g e n e tic

c a lle da lle le s (e ith e r

c o d i n g

a lp h a b e ts ,

w h i l e

b e

c o u n t e r p a r t ,p a r t i c u l a r l y

o t h e r

b ~ ) , w

p l a c e s , all

s t r i n g .

a d v a n t a g e so f

h e r eb l ,

v a ria b le s c o u l d

T h e ir

c u r r e n t l y h e lp s m

T h e

a l

still

e

'flo a tin g ' th e

im

t h e

m a y

p lied

m is le a d in g s i n c e t h e

d e c im a l p o i n t 'fix e d

p o i n t

a

fix e d

r e p r e s e n t a t i o n '

n e x t

s e c tio n . s o lv e

th is

o p tim iz a tio n p r o b l e m ,

th e

P a r a m e t e r

C h a k r a b a r t y

(B in a ry )

A s ( c m 2 )

3 7 .6 9 2 6

3 6 .1 8 9 3

4 1 .5 9 0 5

3 7 .5 2 0 5

d ( c m )

8 6 .0 6 2 9

8 9 .5 4 0 2

7 8 .6 1 7 7

8 6 .4 7 7 6

3 0 .0 1 6 2

3 0 .0 4 4 7

b ( c m ) M

~ ( N

c m

)

8 0 '0 6 4 , 7 1 1 .7 3

k d ( c m )

[ 3 ] ,

8 0 '5 4 0 , 2 4 2 .0 6 2 0

1 4 .7 8 1 4

C o s t ( $ / c m )

0 .4 4 3

a n d

( G r a y

0

8 0 '1 3 1 ,6 6 1 .9 1 6

1 4 .1 8 4 2

1 6 .2 8 5 7

1 4 o 7 1 2 8

0 .4 4 4 2

0 .4 4 6 4

0 .4 4 3 6

5

[ 2 3 ]

G r a y

c o d i n g

s w i t h

a

[ 2 4 ]

f o r

d e c i d e d

e x p e r i m e n t

w i t h

s h o w n

f l o a t i n g p o i n t

=

m

p o i n t

e n t i o n t h a t

a

b i n a r y t o u r n a m T h e

o n l y

a

u r

e n ts e l e c t i o n

t h e

a

f u n c t i o n

t h e c o s t i n i m

b e r

g i v e n

t h e

f o r m

f i t n e s s

( t h e

E q .

c r o s s - s e c t i o n a l

u s a

d e s i g n

a t e d

u s i n g

a r e a8 = 1 9

m =

m

4 2 )

b a r s

#

a n d3

b a r s

2 8 4 m m 2 ) . T h i s

t o t a l

i s g r e a t e r

r e g u l a t i o n s r e c o m

r e i n f o r c i n g b a r s i z e s

f i t n e s s

=

M A s

a t e r i a l s ) , w e

f u n c t i o ni s

j u s t

t h e

t h i s

a a b o u t

m

e n d . T h e

a v a i l a b l e

a n d

c a n s e e

a r es h o w n f r o m

T a b l e 2 r e s u l t s ,

[ 6 - 1 . t h e

f l o a t i n g

t h e

t o t a l 1 ~ m

h e i g h t o f 9 5 .1 2 5

F ig .

9 ) ,

w h i c h

o r e t h a n C h a k r a b a r t y ' s d e s i g n .

T h i s s l i g h t

[ 6 ] :

r e i n f o r c e d

r e c t a n g u l a r a

u n i f o r m

l o a d

o f

1 5

k N

/ m

a

u n i f o r m =

3 0

M

P a

t h e

y i e ld

s t r e n g t h f y

= 8 6 .4 7 8 c m

s h u t t e r i n g( C S H )

0 .1 0 , u n i t

w e i g h t o f

a r e

c o n c r e t e

2 3 2 3

k g / m

3 3 b a r s # 6 -

c a p a c i t yr e d u c t i o n T h e

u l t i m

a t e u n i f o r m l o a d

1 . 4

x

1 5

+

x

= is

55

x

1 0 2 /8 =

6 8 7 .5 k N ,

t h e

c 1 = 0 .0 0 5 6 5 2 0

c 2

m=

o t h e r

6 8 7 ,5 x

m o d e l

=

4 3 8 ,2 3 3 ,9 5 0

a 6

= 3 0 .0 0

l 0

s

N c m .

c o n s t a n t s :

= a 2

a 3

p o i n t

G r a y

c a s e ) .

p l y

s u p p o r t i n ga

g iv e s

(2 ),

o n l y

i z a t i o n

l e a s t - c o s t

s i m

f i n a l

b e t w e e n

f r o m

D e s i g n a

t h e

a r e

h e n e v e r t h e

a n y c o n s t r a i n t ,t h e

m

a n d

is a p p r o x i m

r e p r e s e n t a t i o n

c o n s t r a i n t sv i o l a t e d . W

r e q u i r e a

3 7 .5 2 0 5

I n s t i t u t e )

( c o s t * ( v * 5 0 0 +

o f

1

C h a k r a b a r t y [ 5 ]

t h a n

f l o a t i n g p o i n t

n u m

f u n c t i o n w a s

p e n a l t y

t w o -

o p e r a t o r t h a t

m u ta tio n , w h i c h

r e p r e s e n t a t i o ns e l e c t s O

e t h o d

( n o m i n a l

F i n a l l y ,

w a s

i n gm

T a b l e

( n o m i n a l

r e p r e s e n t a t i o n .

a ll

m

c o n t i n u o u s A s

f2

0

w i t h

s t r u c t u r a lo p t i m i z a t i o np r o b l e m

v i o l a t e

( F P )

3 0 .0 0 2 2

7 9 '1 1 1 ,8 4 6 .5 6 5

p r o g r a m

u s i n g

C o d i n g )

= 6 8 ,7 5 0 ,0 0 0

a 5 =

0 .5 0

4

b a r s

#

1 0

E v e r a r d

s ta n d a rd

re in fo rc in g b a rs

N o m i n a l

B a r

s i z e

d e s ig n a tio n

W

e ig h t

(lb /ft)

D i a m e t e r

d i m e n s i o n (s R o u n d

C r o s s - s e c t i o n a l

(in )

[ 6 ] .

a r e a

s e c t i o n s )

P e rim e te r

( i n 2 )

a r e a ( i n 2 )

0 .3 7 6

0 .3 7 5

0 .1 1

1 .1 7 8

0 .6 6 8

0 .5 0 0

0 .2 0

1 .5 7 1

1 .0 4 3

0 .6 2 5

0 .3 1

1 .9 6 3

1 .5 0 2

0 .7 5 0

0 .4 4

2 .3 5 6

2 .0 4 4

0 .8 7 5

0 .6 0

2 .7 4 9

3 .4 0 0

1 .1 2 8

1 .0 0

4 .3 0 3

1 .2 7 0

1 .2 7

3 .9 9 0

5 .3 1 3

1 .4 1 0

1 .5 6

4 .4 3 0

7 .6 5

1 ,6 9 3

2 .2 5

5 .3 2 0

1 3 .6 0

2 .2 5 7

4 .0 0

7 .0 9 0

2 .6 7 0

o f

C r o s s - s e c t i o n a l

(in )

3 .1 4 2 3 .5 4 4

th e

t h e s e c t i o n , t h e P a r a m e t e r

C h a k r a b a r t y

A s ( c m 2 ) d ( c m ) b ( c m )

( F P )

3 1 .1 2 6 7

3 9 .5 4 1 2

1 0 1 .5 4 9 4

8 2 .7 0 4 3

2 0 .0 0 0 0 .3 7 2 5

a n d

n o t

t a k e

o t h e r

v a lu e .

o f s t e e l , c o n c r e t e

s h u t t e r i n g

1 0 . 7 0 ~

2 0 .6 8 2 5 0 .3 8 8 5 i m

p o r t a n to b s e r v a t i o n

s h o w i n g m o r e

e x a m

p l e s .

O

m

u rm

a d e

o d e l

b e f o r e

m o r e

t h a n Ch a k r a b a r t y ' s T a b l e

4 .

C o m p a r i s o no f

m

a k e

th e b id

a

p r a c t i c e

r e c i p e

u s e d

b y

c o m

c i v i l e n g i n e e r s .

T h e

m

r e a s o n u s

P a r a m e t e r

C h a k r a b a r t y

A s ( c m 2 )

4 3 .6 0 1 7

4 3 .7 6 4 4

d ( c m )

7 6 .1 4 9 9

7 5 .9 1 0 2

b ( c m )

4 0 .0 0 0

4 0 .0 0 4 2

0 .5 0 7 3

( F P )

0 .5 0 7 7

a

' r e a s o n a b l e '

5 .

C o m p a r i s o no f

c o n c r e t e ,

c o n t r o l

t h e

a n d

b e a m 's

d e f l e c t i o n .

S i n c e C h a k r a b a r t y

p e r f o r m

a n a l y s i s

s i m

i l a r

t h a t

th e v a l u e s o f T a b l e s

b .

3 , 4

T h e a n d

t h a n P a r a m e t e r

a

b e t w e e n p r o v i d e a

t o

o u no t f r e i n f o r c e m e n t s t e e l i n

t h a t

F i r s t T a b l e

a m

o n

C h a k r a b a r t y

t h e

w h e n

w h i c h

O

u r

A s ( c m 2 )

5 5 .4 4 3 5

3 5 .7 1 7 2

d ( c m )

6 2 .5 9 7 4

1 0 4 .3 2 2 3

b ( c m )

6 2 .5 0 0

i m p o s e d

p r a c t i c e

E q .

(5 ).

e n g i n e e rw o u l d

6 2 .5 0 1 0 0 .7 2 7 4 t h e

t h a t w h e n

s h o w n 6 2 .5 0 ,

is 6 3 .9 8 ~

( F P ) t h e

0 .6 3 4 1

5 .

te s ts a r e

a r e

f o r

o f p r o a c h

u s e d

b y

th e

C h a k r a b a r t y

[ 4 ]

a n d

t h e

G A

u s i n g

= C

f l o a t i n g a n d

=

S H

i s

6 4 .5

p o in t re p re s e n ta tio n , b C

i s

v i o l a t e d b y C h a k r a b a r t y ' s d e s i g n .

P a r a m e t e r

C h a k r a b a r t y

A ~ ( c m 2 )

S H

=

C h a k r a b a r t y

( F P )

5 7 .0 0 7 2

5 0 .2 5 8 3

A s ( c m 2 )

5 5 .4 2 4 0

d ( c m )

5 9 .8 6 7 8

6 6 .7 0 2 9

d ( c m )

6 1 .2 6 9 8

6 7 .0 9 8

b ( c m )

4 0 .0 0 0

4 0 .0 0 3 3

b ( c m )

4 0 .0 0 0

4 0 .0 0 5 0

C o s t ( $ / e m )

0 .3 6 8 0

o f

C o s t ( $ / c m )

0 .3 7 1 6

p r o a c h

th e

u s e d

4 9 .9 2 7 8

0 .6 9 8 7

b y

C h a k r a b a r t y

= =

S H

=

6 4 5

a n d

C

S H

=

[ 4 ]

a n d

t h e

G A

6 4 .5

f l o a t i n g a n d

1 .0 7 7 5

P a r a m e t e r C h a k r a b a r t y

C h a k r a b a r t y

A s ( c m 2 )

( F P )

( F P )

A s(cm 2)

4 2 .3 5 1 0

4 2 .5 5 6 8

3 7 .2 0 0 6

3 7 .0 3 1

8

d ( c m )

7 8 .3 6 5 0

7 8 .0 6 2 5

d ( c m )

8 9 .5 4 5

9 0 .0 2 0 5

b ( c m )

4 0 .0 0 0

4 0 .0 0 0

b ( c m )

4 0 .0 0 0

4 0 .0 0 1 0

C o s t ( $ / c m )

0 A 8 4

C o s t ( $ / c m )

u s e d

5

0 .6 2 0 6

o f p r o a c h

b y

=

S H

= [ 4 ]

a n d

t h e

G A

u s i n g

=

6 4 .5

f l o a t i n gC

C h a k r a b a r t y

3 3 .2 6 9

d ( c m ) b ( c m )

1

3 3 .2 2 7 9 1 0 1 .3 5 6 5

4 0 .0 0 0

C h a k r a b a r t y

A s ( c m 2 )

4 5 .9 4 5 4

4 5 .9 0 1

d ( c m )

7 2 .4 0 8 8

7 2 .5 1 0 3

b ( c m )

4 0 .0 0 0

4 0 .0 0 0 3

C o s t ( $ / c m )

0 .5 5 1

!

b y

p o in t re p re s e n ta tio n , b S H

=

r e s u l t s

th e

C h a k r a b a r t y

[ 4 ]

w et e s t e d d i f f e r e n t

v a t u e fs o r

a n d

=

t h e

G A =

u s i n g

a r e

s h o w n i n

t h e

s h u t t e r i n g . T h e T a b l e s

6 - t 2 .A g a i n ,

a n c i e s b e t w e e n f l o a t i n g

t h e

t h o s e i n d i c a t e

3 2 .2 5 a n d

o f t h e

2 .1 5 5 .

P a r a m e t e r

C h a k r a b a r t y

( F P )

A s ( c m 2 )

3 3 .0 3 7 2

3 5 .0 6 9 8

d ( c m )

9 5 .5 2 7 9

9 5 .4 7 1

b ( c m )

4 0 .0 0 0

C o s t

2

0 .5 5 1 2

r e i n f o r c e m e n ts te e l,

u s e d

( F P )

0 :7 1 9 9 F i n a l l y ,

p r o a c h

a n d

4 0 .0 0 0 1

0 .7 1 9 8

o f

6 4 .5

= 4 .3 1 .

P a r a m e t e r

( F P )

1 0 1 .1 7 2 4

C o s t ( $ / c m )

S H

a n d

2 .1 5 5

A s ( c m z )

1

0 .4 8 4 8

th e

C h a k r a b a r t y

P a r a m e t e r

7

0 .6 2 0 7

=

C

u s i n g

=

2 .1 5 5 .

P a r a m e t e r

C

1

0 .7 0 3 5

=

C

1 2 9 .0 a n d

v i o l a t e d b y C h a k r a b a r t y ' s d e s i g n .

P a r a m e t e r

( F P )

=

=

( $ / c m )

0 .3 8 7 5

9

0 .3 8 7 6

O

n e

o f t h e

m

a i np r o b l e m s

t h e

m

o s t

p o p u l a t i o n m

u t a t i o n e r r o r

t h o s e

C h a k r a b a r t y ' sm

o d e l ( o r

d e r i v e d

w h e n

a p p r o p r i a t ep a r a m e t e r v a l u e s m

a x i m

u m

c r o s s o v e r p r o c e s s

n u m

r a t e ) .

b e r T h i iss

u s u a l l y a

w h i c h

f r o m t h i s r e s e a r c h w h e n a

p o i n t v i o la ti n g s o m e d e f i n e d

E q.

(5).

c o n s t r a i n t - - u s u a l l ty h a t

r e p r e s e n t a t i os nc h e m e

d i l e m m a : t h e b e s t

r e s u l t s ,

i s

u s e d .

W

e

c o n f r o n t a e d

f l o a t i n g p o i n t r e p r e s e n t a t i o n b u t

w a s

a l st o h e

h a r d e s t

f l o a t i n g

t od e a l

t h e w i t h

A lg o rith m f o r

t e r m

s

o f

D e s i g n R e i n f o r c e d C o n c r e t e B e a m s

f i n d i n g t h e

O b v i o u s l y u s e f u l

i f

m

o s t

a p p r o p r i a t e p a r a m e t e r s .

o p t i m i z a t i o n

w ill

n o t

t h a t

i t s o u t c o m e s a r e

i n c o r p o r a t e s t h e

t r a d i t i o n a l m a t h e m a t i c a l p r o g r a m

t a b u

m

i n g

f o r

i n v o l v e d

s t r u c t u r a l

i n t r o d u c i n g c o n s i d e r a b l e

|

e m p i r i c a l

n u m

|

C h o o s e c o n s t a n t sf o r m

a x i m

o m

u m n u m

o s o m

e s

b e r

( w e

a n d

u s e d

t h e

4 0 0

0 . 1 a t

i n c r e m e n t so f 0 .1

l o o p ) .

T h i s

i m p l i e s

( t h i s

t h a t

8 1

|

a r e

t h e

t h e

a

p a r a m e t e r s

c r o s s o v e r the

o t h e r

file

r a t e s

u s e d .

w ith t h e

t h e

c o s t s

s m a l l e s t

W

a u t h o r s g r a t e f u l l y a c k n o w l e d g et h e A s c e n s i 6 n

t o

R o b e r t o n y C r u z

t h e

f i n a l

S in c e

D ia z

s o r t e di n i s

r u n

m

m

o n l y

i n

t h e

w o r k

W

o r k

a

t h i s

p a r a l l e l ,

s i n g l e r u n ( a p p r o x i m

a n d

r e m a i n s

a r e a n a l y s i s

i t h o u t

th e ir

t h e s i s ,

.

(1 9 7 5 ) A d a p ta tio n

z a tio n 4 .

h e lp

U n i v e r s i t y

N a t u r a l

o f

A rtific ia l

a n d

C h a k r a b a r t y , B .K .

6 6

M

H

z

a t e l y

(1 9 9 2 ) A

w i t h

m o d e l

b e a m .

o f

f o r

S t r u c t u r a lE n g i n e e r i n g ,

a b e a m s .

E v e r a r d , N

. J.

C o m p u t e r s

( 1 9 9 3 )

M

c G

r a w

N

o r t h w

- H

i l l ,

N

a nS dt r u c t u r e s , 4 2 , 3 , 4 4 7 - 4 5 1

T h e o r y

P r o b l e m s

S c h a u m 's O u t l i n e

d o n e .

i n t e r e s t e d

W

t h e

T h i r d

T w o e s t e r n U

p u b lis h e d

e a r e

d o i n g

R e i n f o r c e d

8~

a

e d itio n ,

e wY o r k

C o n c l u s i o n s

t o

o p tim a l

1 1 8 , 1 1 , 3 2 3 8 - 3 2 4 2

1 5 s

C o n c r e t e D e s i g n .

u c h

W

o t h e r

c o n c r e t e

M

I n g e n i e r i a C h i a p a s .

a s c e n d i n go r d e r ,

s e a r c h e fdo r

D X / 2 r u n n i n g

F u t u r e

In g .

R e f e r e n c e s

u t a t i o n

6 .

8 .

o f

a r y

r e i n f o r c e d

r e q u i r e df o r

a

C a r l o s N a r c i a

t h e

c o m p l e t e l y i n d e p e n d e n tf r o m p e r f o r m

a s

o f

th e

a n s w e r .

t h e

s a m e

w o r k

o lin a

th e

U n i v e r s i d a d A u t 6 n o m a

J. H

a s

E liz a ld e M

h e n

i s

v a l u e

s u m

t h e

e n t s

n e c e s s a r y .

c o n t a i n s f i n a l

A c k n o w l e d g m

T h e

a c t u a l l y a r u n s

s a c r i f i c i n g s a f e t y .

c h r -

a n d5 0 g e n e r a t i o n s , r e s p e c t i v e l y ) .

| 0 .9

w i t h o u t

b e r s e e d

t h e p o p u l a t i o n s i z e

o f g e n e r a t i o n s

a i n

s h o u l d p r o v i d e a

p o w e r f u l t o o l

t h o u g h t h e

m

N e w

n i v e r s i t y

( o r i g i n a l l y

in

H a u g , E .J .

o f

B e a m s w ith

t h e o r e t i c a l b e a m s

t h i s

w ith o f

in e q u a lity c o n s tra in ts A p p lie d M

e c h a n i c s .

d e fle c tio n .

T r a n s a c t i o n so f

th e

A S M

E ,

9 9 9 - 1 0 0 4

f a r p r o m i s i n g ,

t h e

t h e

a t t r a c t e d t h e

S tru c tu re s ,1 , 2 6 5 - 3 0 9 1 1 . K a r i h a l o o , B .L .

h a s s o

f a r,

w e

b e e n

u s e d

o n l y

f o r

(1 9 7 9 )

O

p t i m

a l

m u l t i - p u r p o s e

tie -b e a m s .

a c a d e m i c

A p p lic a tio n s ,

2 7 , 3 , 4 2 7 - 4 3 8

a r ec o n s i d e r i n g

1 2 .

H a u g ,

E .J .;

A

r o r a ,

J .S .

(1 9 7 9 )

A p p lie d

O

p t i m

a l

D e s i g n .

Y o r k

w o r k i n g s t r u c t u r a l o p t i m 2

y e a r s ,

i z a t i o n

p r o b l e m

a r e o f

b e a m s

t h e s

u s e d u r i n g

a b l e

[2 5 3 , c o l u m n s [ 2 4 ,

f o r t h e 5 8 9 - 6 0 4

o p t i m a l 2 6 ]

p l a n e

I4 .

G u p t a , N .C .D .;

a p p lic a tio n s t r u c t u r a l

S t r u c t u r e s ,2 2 , 6 , 9 6 5 - 9 7 1

d e s i g n .

C o m p u t e r s

e t

1 5 .

R a o ,

o p tim iz a tio n w ith

u n c e r t a i np a r a m e t e r s

A I A A J o u r n a l , 2 2 ,

C r a b t r e e , D .L .,

s t r u c t u r a l

E d ito r s ). I I T T

a L

I n t e r n a t i o n a lT e c h n o l o g y

s to c h a s tic

1 1 , 1 6 7 0 - 1 6 7 8 lo a d e d

o f Y o rk ,

1 9 .

re in fo rc e d

1 9 3 -2 2 7

P r a k a s h ,A . ; A g a r w a l a ,

o f

( 1 9 8 8 ) O p t i m u m ( P e a r s o n ,

D . W

,

a x ia lly

S t e e l e ,

N . C .

lo a d e d a n d

3 0 , 4 , 1 0 0 9 - 1 0 1 1 E c o le

M

in e s

=

u s in g

tio n s

A r t i f i c i a l In te llig ie n c e ( C h e n , J. ,

A tria, F .G .

2 8 .

G l o v e r ,

F .

( 1 9 8 9 )

T a b u

2 9 .

G l o v e r ,

F .

( 1 9 9 0 ) T a b u

-

-

P a r t

P a r t

L

I I .

J o u r n a l

o n

O R S A J o u r n a l

o n

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