對螺旋扭狀有機玻璃管的探究
螺旋扭狀鋼筋增強效應與母材光圓鋼筋相比，螺旋扭狀鋼筋與混凝土的粘結錨固性能有了顯著的提高，不同類型螺旋扭狀材料增強效應的試驗研究曲線如所示。從可以看出，螺旋扭狀鋼筋與混凝土間的最大錨固力提高了2倍以上。在加載初期，2種鋼筋的荷載-滑移曲線斜率均比較大，近似線性增長，螺旋扭狀鋼筋的斜率更大。這說明在相同荷載下，螺旋扭狀鋼筋與混凝土間發生的相對滑移更小，有效控制了裂縫的開裂及發展，使試件的整體工作性能更好。螺旋扭狀鋼筋不僅初期最大錨固強度明顯高于光圓鋼筋，而且隨著位移的增大，其錨固強度可達到比初期更高的峰值，即出現所謂第2峰現象。從2條曲線下面的面積可以看出，不僅螺旋扭狀鋼筋的粘結錨固力比光圓鋼筋大，而且在粘結錨固破壞的過程中還能吸收更大的破壞能量，從而提高了試件的安全性能。光圓鋼筋與混凝土間的作用力只有膠結力和摩擦力，在膠結力被破壞后就只有鋼筋表面與混凝土間的摩擦力了。而螺旋扭狀鋼筋能產生第2峰的原因是其與混凝土間膠結力發生破壞后尚存在摩擦力及沿軸線螺旋分布的環狀咬合作用力。外加荷載F作用在鋼筋的受力端，欲使其發生粘結錨固破壞，黑色區域的混凝土阻止了鋼筋的滑移。螺旋扭狀鋼筋與混凝土黑色區域共同占據一個圓柱形空間，由于螺旋扭狀鋼筋的矩形截面是沿軸線均勻轉動的，所以事實上黑色區域在立體結構上是2條相互纏繞在鋼筋表面的扇形截面沿軸線螺旋扭動的混凝土帶，2條混凝土帶受到鋼筋沿F力方向的擠壓作用，形成了對鋼筋的環狀咬合反作用力，從而阻止了螺旋扭狀鋼筋的滑移。故這種環狀咬合作用是產生螺旋增強效應的根本原因。
螺旋扭狀鋼筋與混凝土間的環狀咬合作用對螺旋扭狀鋼筋的軋制參數而言，其節距、橫截面寬度、軋扁厚度都不同程度影響著它與混凝土的粘結錨固性能，因此螺旋扭狀鋼筋截面形態對其粘結錨固性能有一定的影響。當相對節距l0/d增加時，鋼筋旋面軸線趨于平行于鋼筋軸線，導致環狀咬合作用力減小，荷載降低，且鋼筋滑移增大，在荷載-滑移曲線上表現為第1峰值和第2峰值都有所降低，且峰值位置后移；當鋼筋橫截面寬度增加時，鋼筋和包裹層混凝土間的接觸面積增強，使相互間的摩擦力和環狀咬合作用力增大，2個峰值上升，粘結錨固性能增強；當軋扁厚度減小時，一方面包裹層混凝土量相對增加，造成荷載增強；另一方面鋼筋刃狀邊緣變薄，接觸面減小，造成荷載降低。
2種鋼纖維砂漿試件的錨固性能為2種鋼纖維砂漿試件的荷載-滑移曲線。從可看出，粘結錨固破壞過程可分為3個階段：（1）彈性粘結階段。此段鋼纖維的相對滑移及所受應力很小，是靠界面間的膠結力和砂漿中水泥的收縮應力產生粘結錨固。有資料顯示，影響膠結力大小的主要因素是表面吸附產生的吸附功，即鋼纖維和砂漿間的化學粘附張力決定了膠結強度。本試驗表明，不論是平直型還是螺旋扭狀鋼纖維，在其荷載-位移曲線上都有彈性粘結階段。理論上此階段荷載-滑移曲線應為光滑斜線，隨著膠結力的喪失，曲線改變斜率，并變成曲線。因此，膠結強度的大小與鋼纖維的形狀無關，只和砂漿的吸附功有關。對于同種鋼纖維和砂漿，膠結強度相同。（2）脫粘階段。隨著膠結力喪失，粘結錨固力轉為由摩擦阻力承擔，此時，荷載增加不大，滑移加快，荷載-滑移曲線呈非線性狀態。隨著滑移加大，與鋼纖維接觸的砂漿被拉碎磨細，荷載急劇下降。對于平直型鋼纖維試件，當達到最大破壞荷載后，荷載急劇下降。而對于螺旋扭狀鋼纖維，由于它表面的螺旋斜面增大了砂漿對鋼纖維的擠壓力，因而荷載的下降程度較小。（3）旋面抵抗階段。此階段為螺旋扭狀鋼纖維特有。當螺旋扭狀鋼纖維發生位移，旋角的迎力面開始受力，對砂漿的斜向擠壓力隨位移的增大而增大。然而，螺旋扭狀鋼2種鋼纖維砂漿試件的荷載-滑移曲線2種有機玻璃條的典型荷載-滑移曲線纖維的荷載-滑移曲線未出現第2峰現象，這是由于試件中各鋼纖維的扭轉方向不同步所致。4根鋼纖維在不同階段產生螺旋增強效應，在共同作用下使鋼纖維與砂漿的粘結錨固持續增強。螺旋扭狀鋼纖維試件的荷載-滑移曲線在上升過程中出現了驟降現象，這是因為其粘結錨固強度太高，包裹鋼纖維的砂漿發生開裂松散所致。這表明螺旋扭狀鋼纖維的粘結錨固還沒有發揮出最大作用，若提高砂漿強度，其螺旋增強效應將更加明顯。據報道，采用兩端加工凹痕的方法可提高鋼纖維界面粘結強度，提高幅度可達186%.本試驗表明，帶有凹痕的平直型鋼纖維扭轉加工后，其界面粘結強度在加工成凹痕的基礎上又有大幅提高，所以使用螺旋扭狀鋼纖維替代普通鋼纖維作為砂漿混凝土增強材料更為有效。螺旋扭狀有機玻璃增強效應平直型有機玻璃扭轉后與砂漿的粘結錨固得到了明顯增強。平直型有機玻璃與砂漿的最大粘結錨固力為287.22N，扭轉加工后的螺旋扭狀有機玻璃其最大錨固力達到了578.50N，為平直型有機玻璃的2倍。
為2種有機玻璃條的典型荷載-滑移曲線?？梢钥闯?，螺旋扭狀有機玻璃的荷載-滑移曲線不同類型螺旋扭狀材料增強效應的試驗研究，隨后快速上升，出現了第2峰現象，其變化過程類似于螺旋扭狀鋼筋與混凝土間的粘結錨固。不同的是螺旋扭狀有機玻璃的抗拉強度低于最大粘結錨固強度，在未達到最大粘結錨固強度前，有機玻璃條拉斷，粘結錨固失效。平直型有機玻璃被完全拔出，而螺旋扭狀有機玻璃在拔出一定長度后被拉斷。因此在應用中，除了用螺旋加工的方法提高其增強效果外，還必須同時提高螺旋材料的自身強度，使其抗拉強度高于最大粘結錨固強度，這樣才能充分發揮螺旋扭狀材料的螺旋增強效果。有機玻璃條的特異荷載-滑移曲線在有機玻璃拉拔試驗中還發現，除了較為典型的荷載-滑移曲線外還出現了一些特異曲線，這些特異曲線的滑移距離往往較小，荷載具有驟升驟降的特征。分析其原因有2點：（1）砂漿強度過低，在達到一定荷載時發生崩裂，從而喪失了與螺旋扭狀有機玻璃的粘結錨固作用。但是由于崩裂發在局部，砂漿中一些完整的區域尚與螺旋扭狀有機玻璃存在咬合作用，從而使曲線出現小幅上升。（2）制作試件時由于震動等原因使有機玻璃條位置歪斜。有機玻璃條歪斜一方面造成砂漿保護層厚度不均，過薄處砂漿極易崩裂；另一方面在拉拔過程中，歪斜的有機玻璃條對砂漿產生了剪應力，加劇了砂漿的破壞，造成試件剪力破壞。所以，螺旋扭狀材料的放置必須使其方向與外力方向一致，以避免造成剪力破壞。結論螺旋增強效應在螺旋扭狀材料中具有普遍性。
螺旋扭狀鋼筋與混凝土間存在不同于普通形狀鋼筋的環狀咬合作用，這種作用能夠抵抗鋼筋與混凝土間的相對滑移，提高粘結錨固破壞的荷載能力，是螺旋扭狀鋼筋具有增強效應的根本原因。在一定范圍內，相對節距及軋扁厚度的減少或鋼筋截面寬度的增大都能提高其粘結錨固強度。由于相互平行的螺旋扭狀鋼纖維扭轉方向不同步，使得由4根螺旋扭狀鋼纖維構成的增強體系不會出現類似單根螺旋扭狀材料荷載-滑移曲線所出現的第2峰現象，而是在總體上起到持續增強效果。用螺旋扭狀鋼纖維替代普通鋼纖維作為建筑增強材料更為有效。在加工螺旋扭狀材料時，必須考慮材料自身抗拉強度，以確保其承受能力超過最大粘結錨固強度，這樣螺旋扭狀材料才能充分發揮其增強效果。
