10.1.2使用阶段的结构设计原理与预应力梁应力组合

这一阶段是指桥梁建成通车后的整个使用阶段，构件除承受偏心预加力N_y和梁的自身恒载g₁外，还要承受桥面铺装、人行道、栏杆等后加的二期恒载g₂和车辆、人群等活载P，如图10-2所示。

图10-2 预应力梁应力组合示意图

本阶段各项预应力损失将相继全部完成，最后在预应力筋中建立相对不变的预拉应力，并将此称为永存预应力σ_Pe。显然，永存预应力要小于施工阶段的有效预应力值。

本阶段根据构件受力后的特征，又可分为如下几个受力状态：

1.加载至受拉边缘混凝土预压应力为零

构件在永存预加力N_Pe（即永存预应力σ_Pe的合力）作用下，其下边缘混凝土的有效预压应力为σ_Pe（图10-3）。当构件加载至某一特定作用（荷载），在控制截面上所产生的弯矩为M₀时，其下边缘混凝土的预压应力σ_Pc恰被抵消为零，则有：

σ_Pe-（M₀/W₀）＝0 （10-1）

或写成 M₀＝σ_PeW₀ （10-2）

式中 M₀——由外加作用（恒载和活载）引起、恰好使受拉边缘混凝土应力为零的弯矩（又称消压弯矩），如图10-3c所示；

σ_Pe——由永存预加力N_Pe在梁下边缘产生的混凝土有效预压应力；

W₀——换算截面对受拉边的弹性抵抗矩。(www.zuozong.com)

但是，受弯构件在消压弯矩M₀和预加力N_Pe的共同作用下，只有下边缘纤维的混凝土应力为零（消压），而截面上其他点的应力都不为零（不消压）。

图10-3 预应力梁第一受力阶段

2.加载至受拉区裂缝即将出现

当构件在消压状态后继续加载，并使受拉区混凝土应力达到抗弯强度标准值f_tk，此时就称为裂缝即将出现状态，如图10-3e所示。而这时作用（荷载）产生的弯矩就称为裂缝弯矩M_cr。如果把受拉区边缘混凝土应力从零增加到应力为f_tk所需的外弯矩用M_f（图10-3d）表示，则M_cr为M₀与M_f之和，即：

M_cr＝M₀+M_f （10-3）

式中 M_f——相当于同截面钢筋混凝土梁的抗裂弯矩。

从上面的分析可以看出：在消压状态出现后，预应力混凝土梁的受力情况就和普通钢筋混凝土梁一样了。但是预应力混凝土梁的抗裂弯矩M_cr要比同截面、同材料的普通钢筋混凝土梁的抗裂弯矩大一个消压弯矩M₀，这说明预应力混凝土梁在承受外加作用时可以大大推迟裂缝的出现，即提高了梁的抗裂性能。

3.加载至构件破坏

预应力混凝土受弯构件在破坏时预加应力损失殆尽，故其应力状态和普通混凝土构件相类似，其计算方法也基本相同。