본 연구는 강재 접합부의 부식 문제를 해결하기 위해 FRP 볼트를 적용한 대체 구조물을 대상으로, 접합부의 국부적인 역학적 거동을 규명하고 최적의 설계 사양을 도출하는 것을 목적으로 한다. 기존의 보(Beam) 요소 기반 전체 구조 해석이 갖는 국부 응력 집중 및 재료의 이방성 고려 미비라는 한계를 보완하기 위해, ABAQUS를 활용한 3차원 상세 유한요소 모델을 구축하고 Hashin 파괴 기준을 적용하여 안정성을 평가하였다. 해석 결과, 기존 M10 규격의 GFRP 볼트는 특정 접합부(Node 2, 6)에서 파손 지수(Damage Index, DI)가 절대적 파손 한계인 1.0을 초과하여 구조적 안전성을 확보하지 못하는 것으로 나타났다. 특히 섬유 방향의 인장 파손 (FT)보다 기지 압축(MC) 및 기지 인장(MT) 파손 지수가 현저히 높게 나타나, 볼트 축 방향 강도보다는 횡방향 및 전단 강도가 파손의 지배적인 원인임을 확인하였다. 안전성 확보를 위한 매개변수 해석 결과, 제작 및 품질 측면에서 재료 강도를 증진하는 방안은 MT 모드의 보수적 안전율(DI < 0.7)을 만족시키기 위해 요구되는 강도 향상 폭이 현실적으로 과도한 것으로 분석되었다. 반면, 시공 측면 에서 볼트 규격을 확대한 결과, M16 규격 적용 시 초기 설계 대비 DI가 73.4%에서 92.7%까지 대폭 감소하며 모든 파손 모드에서 보수적 파손 한계를 충분히 만족하는 것으로 확인되었다. 따라서 재료의 불확실성과 장기 성능 저하를 고려하여 M16 규격 볼트를 최종적인 합리적 설계 방안으로 제안한다.

This study investigates the local mechanical behavior of bolted joints in order to establish optimal design specifications for replacement structures employing FRP bolts as a countermeasure against corrosion in conventional steel joints. To overcome the limitations of conventional beam-element-based global structural analysis, specifically, its inability to capture local stress concentrations or account for material anisotropy, a detailed three-dimensional finite element model was developed in ABAQUS, and structural integrity was evaluated using the Hashin failure criterion. The results show that the existing M10 GFRP bolts fail to ensure structural safety at certain joints (Nodes 2 and 6), where the Damage Index (DI) exceeds the absolute failure threshold of 1.0. The DI values for matrix compression and matrix tension (MT) are substantially higher than those for fiber tension, confirming that transverse and shear strengths, rather than axial bolt strength, are the dominant drivers of failure. A subsequent parametric analysis indicated that, from a manufacturing and quality-control standpoint, the strength increase required to satisfy the conservative safety criterion (DI < 0.7) in the MT mode would be unrealistically large. From a construction standpoint, however, increasing the bolt size to M16 reduces the DI by 73.4% to 92.7% relative to the initial design and satisfies the conservative failure limits across all failure modes. Accounting for material uncertainties and long-term performance degradation, M16 bolts are therefore proposed as the final rational design solution.

ABSTRACT
1. 서 론
    1.1 연구 배경 및 필요성
    1.2 선행 연구 고찰
    1.3 연구의 목적 및 방법
2. 접합부 국부 해석 모델링
    2.1 대체 구조물 및 접합부 소개
    2.2 접합부 유한요소 모델링
3. 체결부 안정성 평가
4.1 제작⋅품질 측면: 최적 강도 제안
4.2 시공 측면: 볼트의 최적 규격 선정
4. 매개변수 해석
5. 결 론
ACKNOWLEDGMENT
REFERENCES
국문초록

• 배영준(강원대학교 토목공학과 박사과정) | Bae Youngjun (Ph.D. Student, Department of Civil Engineering, Kangwon National University, Gangneung, Korea)
• 최석원(강원대학교 토목공학과 석사과정) | Choi Seokwon (Graduate Student, Department of Civil Engineering, Kangwon National University, Gangneung, Korea)
• 정우영(강원대학교 건설환경공학부 교수) | Jung Wooyoung (Professor, Department of Civil and Environmental Engineering, Kangwon National University, Gangneung, Korea) Corresponding author