머신러닝을 활용한 철근콘크리트 보-기둥 접합부의 전단강도 산정식 도출
Derivation of Machine Learning-Based Equation for Shear Strength of Reinforced Concrete Beam-Column Joints
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초록
철근콘크리트(RC) 보-기둥 접합부는 건물의 구조적 안전성과 성능을 보장하는 데 중요한 영향을 미친다. 특히, 접합부 영역에서 발생하는 파괴는 취성적인 양상으로 발생하는 경우가 많으며, 급작스럽고 치명적인 붕괴로 이어질 수 있다. 접합부의 전단강도에 대한 현행 구조기준식은일반적으로 단순하고 보수적이지만, 횡보강근 및 보의 길이방향 철근과 같은 중요한 변수에 대한 고려가 제한적이어서 실제 접합부 전단강도와 상당한 오차를 보이는 경우가 많다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 최근 연구에서는 머신러닝 기법을 적용함으로써 여러 변수 간의 복잡한 상호작용을 반영하고자 하는 연구가 증가하고 있다. 본 연구에서는 머신러닝 기반 접근법을 사용하여 RC 보-기둥 접합부의 전단강도 산정식을 도출하고자 하였다. 특히, 현행 구조기준 및 선행 연구를 기반으로 예비 변수를 선정하고, 랜덤 포레스트 기법을 사용하여 상대적 중요도를 평가하였으며, 이과정을 통해 도출된 주요 변수를 유전 프로그래밍에 적용하여 최종 산정식을 도출하였다. 또한, 현행 구조 기준 및 선행 연구와 비교하여 제안식의정확도를 평가하였다. 평가결과, 도출된 RC 보-기둥 접합부의 전단강도 산정식은 다른 추정식들에 비해 높은 정확도를 가지는 것으로 나타났으므로 우수한 신뢰도와 함께 앞으로의 실무 적용 가능성이 기대된다.
Abstract
Reinforced concrete (RC) beam-column joints play a critical role in ensuring the structural safety and performance of buildings. However, failures in these regions often occur in a brittle manner, potentially leading to sudden and catastrophic collapse. Existing design code equations for joint shear strength are typically simple and conservative, but they often diverge from experimental results due to their limited consideration of influential parameters such as transverse reinforcement and longitudinal beam reinforcement. To address this gap, recent studies have increasingly applied machine learning techniques to model the complex interactions among these variables. In this study, a machine learning-based approach was adopted to develop an estimation equation for the shear strength of RC beam-column joints. Preliminary variables were selected based on structural design codes and prior research, and their relative importance was assessed using the random forest method. Key variables identified through this process were then used in genetic programming to derive the final estimation equation. The performance of the proposed equation was evaluated by comparing its accuracy with that of existing design code equations and previously developed models. The results demonstrated that the proposed shear strength equation for RC beam-column joints showed superior accuracy, indicating its reliability and potential for practical application in structural design.