Optimasi Jembatan Baja Bentang 40-60 Meter Berbasis OpenSees dengan Particle Swarm Optimization dan Genetic Algorithm

Stevanus Richard, Ir. Akhmad Aminullah, S.T., M.T., Ph.D. IPU.; Ir. Suprapto Siswosukarto, Ph.D., IPM.

2026 | Tesis | S2 Teknik Sipil

Pemilihan dimensi penampang jembatan baja bentang menengah di Indonesia masih banyak bertumpu pada pengalaman perancang dan pemeriksaan secara coba-coba, sementara studi optimasi yang ada jarang membandingkan algoritma secara statistik pada model struktur penuh. Penelitian ini membandingkan particle swarm optimization (PSO) dan genetic algorithm (GA) untuk meminimumkan berat baja tiga tipe jembatan, yaitu gelagar I komposit, steel box girder, dan rangka baja, pada bentang 40, 45, 50, 55, dan 60 meter.

Setiap kandidat desain dievaluasi dengan model elemen hingga OpenSees, dibebani menurut SNI 1725:2016 dengan tambahan analisis spektrum respons SNI 2833:2016 untuk rangka, dan diperiksa terhadap kapasitas AASHTO LRFD 2020 dengan batas rasio kebutuhan terhadap kapasitas 0,95 serta lendutan L/800. Gelagar I komposit memakai delapan variabel, steel box girder dua belas, dan rangka baja 27 sampai 35 variabel dengan pengelompokan per zona panel. Tiap kombinasi tipe, bentang, dan algoritma dijalankan 15 kali secara independen dengan 3.000 evaluasi per eksekusi, total 450 eksekusi, lalu dibandingkan memakai uji Wilcoxon rank-sum dengan koreksi kontinuitas dan ukuran efek A₁₂.

Berat baja minimum ada pada rentang dari 52.400 kilogram pada gelagar I komposit bentang 40 meter menjadi 136.908 sampai 151.883 kilogram pada bentang 60 meter tergantung tipe. Dua belas dari lima belas kombinasi menunjukkan perbedaan algoritma yang signifikan: PSO unggul pada gelagar I komposit dan steel box girder, sedangkan GA unggul pada rangka baja sekaligus lebih reliable dalam menghasilkan desain yang layak. Batasan penentu juga terbelah, yaitu lendutan pada gelagar I komposit serta kekuatan pada steel box girder dan rangka. Ditinjau dari berat per meter bentang, gelagar I komposit paling efisien pada 40 sampai 50 meter dan steel box girder pada 55 meter, dengan jembatan rangka acuan masih unggul pada bentang 60 meter. Temuan ini mengindikasikan bahwa pemilihan algoritma optimasi perlu disesuaikan dengan tipe struktur dan protokol statistik formal dapat menjadi acuan pada studi optimasi jembatan. 

The sizing of medium span steel bridges in Indonesia still relies heavily on designer experience and trial and error code-based checking, while existing optimization studies rarely compare algorithms statistically on full resolution structural models. This research compares particle swarm optimization (PSO) and genetic algorithm (GA) for minimizing the steel weight of three bridge types, namely composite I girder, steel box girder, and steel truss, at spans of 40, 45, 50, 55, and 60 meters.

Every design candidate was evaluated using a full OpenSees finite element model, loaded according to SNI 1725:2016 with additional response spectrum analysis per SNI 2833:2016 for the truss, and checked against AASHTO LRFD capacities with a demand to capacity ratio limit of 0.95 and a deflection limit of L/800. The composite I girder used eight design variables, the steel box girder twelve, and the truss 27 to 35 variables with panel zone grouping. Each combination of type, span, and algorithm was run 15 times independently with 3,000 evaluations per run, 450 runs in total, and compared using the continuity corrected Wilcoxon rank sum test and the A₁₂ effect size.

The minimum steel weight grew from 52,400 kilograms for the composite I girder at the 40 meter span to 136,908 up to 151,883 kilograms at 60 meters depending on the type. Twelve of the fifteen combinations showed statistically meaningful differences: PSO prevailed on the composite I girder and the steel box girder, while GA prevailed on the steel truss and was also more reliable in reaching the feasible region. The governing constraint also split, namely deflection for the composite I girder and strength for the box girder and the truss. In terms of weight per meter of span, the composite I girder was the most efficient at 40 to 50 meters and the steel box girder at 55 meters, with the reference truss bridge still being the most efficient at 60 meters. These findings indicate that the choice of optimization algorithm should follow the structure type and that formal statistical protocols can become standard practice in bridge optimization studies. 

Kata Kunci : optimasi struktur, jembatan baja, particle swarm optimization, genetic algorithm, OpenSees