桥梁使用阶段：承受多种荷载的构件受力过程

使用阶段是指桥梁建成运营通车整个工作阶段。使用阶段构件除承受偏心预加力Np和梁的一期恒载 G1外，还要承受桥面铺装、人行道、栏杄等后加的二期恒载G2和车辆、人群等活荷载Q。如图10-2 所示。

图10-2　使用阶段各种作用下的截面应力分布

试验研究表明，在使用阶段预应力混凝土梁基本处于弹性工作阶段，因此，梁截面的正应力为偏心预加力Np与以上各项荷载所产生的应力之和，使用阶段各项预应力损失将相继发生并全部完成，最后在预应力钢筋中建立相对不变的预拉应力（即扣除全部预应力损失后所存余的预应力）σ pe，这即为永存预应力。显然，永存预应力要小于施工阶段的有效预应力值。根据构件受力后的特征，使用阶段又可分为如下几个受力过程，如图10-3 所示。

图10-3　梁使用及破坏阶段的截面应力图

1.加载至受拉边缘混凝土预压应力为零

构件仅在永存预加力Np（即永存预应力σpe的合力）作用下，其下边缘混凝土的有效预压应力为σpc。当构件加载至某一特定荷载，其下边缘混凝土的预压应力σpc恰被抵消为零，此时在控制截面上所产生的弯矩M0称为消压弯矩，如图10-3b，则有

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式中 σpc—— 由永存预加力N 引起的梁下边缘混凝土的有效预压应力；

W0—— 换算截面对受拉边的弹性抵抗矩。

一般把在M0作用下控制截面上的应力状态，称为消压状态。应当注意，受弯构件在消压弯矩M0和预加力Np的共同作用下，只有控制截面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（并非全截面消压）。

2.加载至受拉区裂缝即将出现

当构件在消压后继续加载，并使受拉区混凝土应力达到抗拉极限强度 ftk时的应力状态，即称为裂缝即将出现状态（图10-3c）。构件出现裂缝时的理论临界弯矩称为开裂弯矩Mcr。如果把受拉区边缘混凝土应力从零增加到应力为 ftk所需的外弯矩用Mcr,c表示则Mcr为 M0和Mcr,c之和，即

3.带裂缝工作

继续增大荷载，则主梁截面下缘开始开裂，裂缝向截面上缘发展，梁进入带裂缝工作阶段，见图10-3d。

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如同普通钢筋混凝土梁一样了。但是由于预应力混凝土梁的开裂弯矩Mcr要比同截面、同材料的普通钢筋混凝土梁的开裂弯矩Mcr,c大一个消压弯矩M0，故预应力混凝土梁在外荷载作用下裂缝的出现被大大推迟。