همراه با صنعتی شدن و توسعه دنیای مدرن، تقاضا برای استفاده از سازه های با دهانه های آزاد زیاد، افزایش یافته است. در بسیاری از این گونه پروژه های بزرگ عمرانی، مهندسین طراح مجبور به استفاده از سازه های مفصلی مانند سازه های فضاکار و سازه های خرپایی هستند. بهینه سازی این گونه سازه ها به دلیل حجم بسیار زیاد مصالح مصرفی و همچنین هزینه تمام شده زیاد آن ها، از اهمیت بسزایی برخوردار است. از طرف دیگر بهینه سازی سازه ها ی خرپایی به دلیل درجه نامعینی زیاد آن ها و کندی ذاتی روش های بهینه یابی کاری بسیار پیچیده و وقت گیر می باشد. در این تحقیق سعی بر ارائه راهکار های جدیدی برای افزایش سرعت، کارایی و دقت روش های موجود در بهینه سازی سازه های مفصلی شده است. در ابتدا با انجام اصلاحاتی بر روی الگوریتم کرم شب تاب یک الگوریتم بهینه سازی جدید به نام الگوریتم کرم شب تاب سریع (afa )ارائه شده است. این الگوریتم از سرعت و کارایی بالایی نسبت به سایر الگوریتم های تکاملی برخوردار است. در بخش دیگر این پایان نامه یک روش جدید به نام روش انتقال به مرز( ms) ارائه شده است. این روش در حل مسائل بهینه سازی مقید کاربرد دارد و از دقت و سرعت بسیار بالایی برخوردار است، به گونه ای که جواب های بهینه نهایی بدست آمده از این روش به طور صد در صد قیود مسئله را ارضا می کنند. برای ارزیابی صحت روش های ابداعی در این پایان نامه، طیف گسترده ای از انواع مسائل بهینه سازی سازه های خرپایی، با استفاده از این روش ها مورد تحلیل قرار گرفته اند. مقایسه نتایج بدست آمده با نتایج ارائه شده توسط سایر محققین، بیان گر دقت و سرعت بسیار خوب روش های پیشنهادی در این تحقیق می باشد. در انتها یک پل خرپایی قوسی با دهانه آزاد به طول تقریباً 200 متر تحت اثر بارهای دینامیکی و با انجام آنالیز تاریخچه زمانی یک بار بدون در نظر گرفتن اثر تحریک چند تکیه گاهی و یک بار با در نظر گرفتن اثر تحریک چند تکیه گاهی طراحی بهینه شده است.