李 想，孙建刚，王 振，崔利富，刘伟兵

(大连民族大学 土木建筑工程学院，辽宁 大连 116650)

目前中国绝大多数农村住宅均未进行抗震设计[1]，而且少数民族聚居地的农村住宅，由于经济欠发达，住宅存在诸多问题。国内学者对少数民族地区建筑结构形式、抗震性能的研究越来越多，其中以西南多震地区[2]为主要研究对象，张先进教授[3-4]通过对汶川大地震进行分析，对藏寨的保护方法和抗震性能进行了探索，结果表明其民居的抗震性能较为薄[5-7]。本文以藏寨石砌体墙为研究对象，通过运用数值仿真软件ADINA，建立藏寨普通石砌体墙[8-9]、单面钢筋网片加固石砌体墙和双面钢筋网片加固石砌体墙的有限元模型，进行拟静力分析，通过对墙体滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线和延性进行分析，明确其强度、变形能力和耗能能力，为深入研究藏寨石砌体墙的抗震性能和加固方法研究提供理论支撑。

1 石砌体墙有限元模型的建立

1.1 石砌体墙几何模型

以藏寨碉房墙体为研究对象，碉房墙体的特点是墙体较厚，上宽下窄。本文选取的墙体模型为内直外斜，墙体侧面图为直角梯形，墙体尺寸为(单位：mm)及其三视图如图1。

图1 墙体三视图

1.2 石砌体墙材料属性

打开ADINA材料库，石材选用DF-Concrete材料模型(更适用于脆性材料的模拟)，黄泥砂浆选用Concrete材料模型。通过实验得到的石材和黄泥的材料及钢筋网片参数见表1。

表1 材料参数表

1.3 石砌体墙单元的选取和有限元模型的建立

1.3.1 普通石砌体墙

普通石砌体墙的石块和黄泥均采用8节点3D实体单元。基于有限元离散随机分布的思想，对石材与黄泥砂浆按3:1的比例进行随机分布，得到离散型的普通石砌体墙的有限元模型如图2，其中黄泥砂浆单元有限元模性模型如图3，石材单元有限元模性如图4。

图2 普通墙体有限元模型

图3 黄泥砂浆单元

图4 石材单元

1.3.2 加固石砌体墙

加固石砌体墙模型分单面钢筋网片加固和双面钢筋网片加固两种，钢筋选用rebar单元，加固石砌体墙的物理参数与普通石砌体墙一致，只是加固石砌体墙比普通石砌体墙模型多了钢筋网片单元，如图5。

(a) 单面加固钢筋网片 (b) 双面加固钢筋网片

1.4 加载机制

依照《建筑抗震试验规程》(JGJ140-2015)[10]对试验加载方法的规定，设计藏寨石砌体墙模型的加载方式。计算得出对墙体施加竖向恒载为55 kN。在墙体顶部施加水平往复的荷载，并保持加载的连续性和均匀性，加载机制如图6。

图6 水平加载机制

2 藏寨石砌体墙数值仿真分析

2.1 滞回曲线

普通石砌体墙和加固石砌体墙在往复荷载作用下，得出滞回曲线如图7。

由图7可见单面加固石砌体墙和双面加固石砌体墙的滞回曲线所围成的面积比普通石砌体墙的滞回曲线所围成的面积有较大提高，说明单面加固和双面加固后的石砌体墙的耗能能力得到了不少提升，其中采用双面加固的石砌体墙提高得更多，且单面加固的石砌体墙属于非对称结构，所以在低周往复荷载作用下极易倒塌破坏，而采用双面加固的墙体在整个加载过程中仍能保持一定的承载能力。

(a)普通石砌体墙滞回曲线 (b)单面加固石砌体墙滞回曲线 (c)双面加固石砌体墙滞回曲线

2.2 骨架曲线

把滞回环曲线上每次循环的峰值点连接起来得到藏寨石砌体墙骨架曲线如图8。

图8 石砌体墙骨架曲线

对比普通石砌体墙和两种加固石砌体墙骨架曲线可知，普通石砌体墙在开裂前曲线基本为直线，开裂后有明显的拐点，而单面加固石砌体墙和双面加固石砌体墙的开裂荷载明显提高，双面加固石砌体墙开裂荷载最高，约为普通石砌体墙开裂荷载的一倍，表明加固墙体能有效的提高墙体承载能力。

2.3 刚度退化

结构或构件在位移不断增大时，刚度不断减小，这种情况即刚度退化。本文将割线刚度取为等效刚度，得出普通石砌体墙的刚度退化曲线和加固石砌体墙的刚度退化曲线如图9。

(a)普通石砌体墙刚度退化曲线 (b)单面加固石砌体墙刚度退化曲线 (c)双面加固石砌体墙刚度退化曲线

从图9中可以看出双面加固石砌体墙的刚度退化较单面加固石砌体墙和普通石砌体墙的都要缓慢，这说明在墙体进入屈服后双面加固石砌体墙的刚度要比单面加固石砌体墙和普通石砌体墙的好。

2.4 延性

结构的延性是指结构在承载力没有明显下降时，能够承受变形的能力。它在抗震设计时占有很重要的地位，是评估结构抗震性能的一个重要指标。将石砌体墙的位移延性系数μ见表2。

表2 藏寨石砌体墙的位移延性系数

注：μ=δu/δy，δu表示结构的极限位移，δy表示结构的屈服位移

从表2中可以看加固石砌体墙的的延性系数比普通石砌体墙高，双面加固石砌体墙的位移延性系数最高，约为普通石砌体墙的1.68倍，而单面加固石砌体墙的延性系数仅为普通石砌体墙的1.05倍。表明加固钢筋网片和墙体发生相互作用使得墙体的变形能力提高，且双面加固石砌体墙要要优于单面加固石砌体墙，证明采用钢筋网片的加固方式是有效的。

3 结 论

本文以藏寨石砌体墙为研究对象，通过建立普通石砌体墙和加固石砌体墙有限元模型，对其进行数值仿真分析，结果表明：普通石砌体墙的抗震性能明显低于单面加固石砌体墙和双面加固石砌体墙，且双面加固石砌体墙的耗能性能、极限承载能力、刚度退化性能和延性明显优于普通石砌体墙和单面加固石砌体墙；双面钢筋网片加固方法能显著提高石砌体墙的抗震性能，固有较好的工程应用价值。