Load Optimizer - Iterar cargas de forma simple y rápida 

CSiLoadOptimizer es una herramienta de valor añadido dentro del software de CSI, específicamente diseñada para ingenieros de estructuras que trabajan con SAP2000, así como con CSiBridge. Esta herramienta permite la determinación de un conjunto óptimo de cargas para alcanzar objetivos estructurales específicos, incluyendo, por ejemplo, el tesado de cables. Es versátil, capaz de operar con cargas aplicadas en cualquier caso de carga estático, ya sea lineal, no lineal o de construcción por fases. 

Visión General de las Capacidades de CSiLoadOptimizer 

La función principal de CSiLoadOptimizer es determinar los factores de escala de cargas variables dentro de un caso de carga estático para cumplir mejor los objetivos definidos. Estos objetivos se especifican como valores objetivo para varias cantidades de respuesta, tales como: 

• Desplazamientos o reacciones en los nudos 
• Esfuerzos en elementos (barras, links) 
• Tensión en cables o en cables de pretensado 
• Generalized displacements 
• Esfuerzos y momentos en la superestructura de puentes (solo en CSiBridge) 

La herramienta admite la optimización de cualquier tipo de carga que pueda aplicarse en un caso de carga estático, incluyendo gravedad, aceleración, fuerza, deformación, temperatura, desplazamiento y pretensado. Sin embargo, no se recomienda el uso de cargas de tipo target-force, ya que pueden entrar en conflicto con el proceso de optimización. 

Comprender las Clases de Problemas 

CSiLoadOptimizer categoriza los problemas basándose en la relación entre el número de cargas variables (NV) y el número de objetivos (NG): 

• Problema de Optimización (NV > NG): En este escenario, pueden existir múltiples soluciones, y la herramienta emplea un algoritmo de optimización para encontrar la mejor. A cada carga variable se le asigna un coste, que luego se minimiza usando la suma de los cuadrados como función objetivo. Para problemas de optimización, también se pueden especificar límites, que son similares a los objetivos, pero se definen como desigualdades, mientras que los objetivos son igualdades. 
• Problema Determinado (NV = NG): Esta clase tiene una solución única que alcanza precisamente los objetivos especificados. 
• Problema de Mejor Ajuste (Best-Fit) (NV < NG): Cuando no existe una solución exacta que satisfaga todos los objetivos, CSiLoadOptimizer busca un ajuste por mínimos cuadrados. A cada objetivo se le asigna un "beneficio", y la solución minimiza el error, siendo el error para cada objetivo ponderado por su beneficio asignado. 

Cómo Funciona CSiLoadOptimizer 

Para utilizar CSiLoadOptimizer, se sigue un procedimiento estructurado: 

1. Definir un Caso de Carga Estático Modelo: Este caso de carga sirve como base para las cargas a optimizar. Se aplican todos los patrones de carga variables dentro de este caso de carga modelo. Para casos lineales, los factores de escala iniciales para estas cargas variables son arbitrarios. Para casos no lineales, la elección de factores de escala próximos a la solución óptima esperada puede mejorar significativamente la convergencia. Otras cargas no variables también pueden ser incluidas en este modelo. 
2. Especificar Cargas Variables: Tras iniciar CSiLoadOptimizer desde el menú "Tools", se selecciona qué patrones de carga del caso de carga modelo serán "variables" (es decir, optimizados) y cuáles permanecerán "fijos". También se puede asignar un coste relativo a cada carga variable para problemas de optimización, influyendo en sus factores de escala finales. 
3. Definir Objetivos y Límites: Para cada respuesta deseada, se define su tipo (desplazamiento del nudo, esfuerzo en un elemento de barra), ubicación, componente y el valor objetivo. Para problemas de mejor ajuste, se puede asignar un beneficio relativo a cada objetivo para ponderar su importancia. Para problemas no lineales, se definen tolerancias de convergencia absolutas para los objetivos. 
4. Ejecutar la Optimización: Al ejecutar el Load Optimizer, se crea una copia del caso de carga modelo. La herramienta entonces perturba cada patrón de carga variable individualmente y realiza análisis separados para medir las variaciones incrementales en los objetivos. Este proceso forma una matriz de influencia. Basándose en esta matriz, la herramienta resuelve para los factores de escala óptimos. Para problemas no lineales, este proceso es iterativo, continuando hasta que se alcance la convergencia o el límite máximo de iteraciones. 

El resultado incluye el caso de carga modificado en su modelo SAP2000 o CSiBridge, junto con un archivo de registro (log file) y un informe de resumen. Es crucial seleccionar cargas variables y objetivos que sean relevantes e independientes para garantizar que se pueda encontrar una solución razonable. 

Ejercicio: Utilizar el CSiLoadOptimizer de SAP2000 para Operaciones de Izado con Cables

Este ejercicio demuestra cómo usar la herramienta CSiLoadOptimizer en SAP2000 para simular el izado de una estructura recurriendo a cuatro cables. El proceso implica la optimización del acortamiento aplicado a los cables para alcanzar una respuesta estructural específica. 

Procedimiento 

1. Definir Patrón de Carga Variable: Para los cables, cree un patrón de carga y aplique una deformación negativa (por ejemplo, -0.01) para simular el acortamiento. Este patrón de carga servirá como la carga variable en el proceso de optimización. 
2. Iniciar CSiLoadOptimizer: Abra la herramienta CSiLoadOptimizer desde el menú "Tools". 
3. Configurar el Caso de Carga: En el optimizador, seleccione su caso de carga "Lift". Designe el patrón de carga que creó en el paso 1 como "Variable". Cualquier otro patrón de carga involucrado en el análisis debe definirse como "Fixed". 

4. Definir Objetivos y Límites: Defina sus metas de optimización. Para este ejercicio, especifique un "Target Value" (Valor Objetivo) para el Desplazamiento U3 (desplazamiento vertical) de 0.5 metros. Basándose en sus datos de entrada, la herramienta clasificará automáticamente el análisis como un problema Determinado (NV=NG). 
5. Guardar y Ejecutar (Save and Run). 
6. CSiLoadOptimizer generará entonces un nuevo caso de carga (p. ej., "Lift_Lopt1") conteniendo el factor de escala optimizado necesario para cumplir los objetivos especificados. En este caso particular, sería necesario aplicar un acortamiento de 0.023723 m/m para poder izar el contenedor 0.5 m. 

Para ejemplos más avanzados y estudios de caso en profundidad, por favor consulte el Curso Avanzado de SAP2000 (Capítulo 4.1). 

Anexos

Modelo.zip