预应力能否提高构件极限承载力的探讨

本栏目很多网友都探讨过预应力是否会对构件的极限抗弯承载能力有提高, 绝大多数网友都认为不能, 而且言之凿凿, 论据似乎也很充分, 本人昨天也是刚看到这类贴子, 当时把我吓了一跳, 刚好手头有本93年版的结构设计原理, 在232页的倒数第5和第6行也有相同描述, 如果这种认知是正确的,那我从前的设计和认识就错了. 以前还真没有细想过这个问题. 随后我反复检查了以前做的几个设计, 得出了一个和上述认知完全想反的结论: 预应力混凝土抗弯构件, 由于有预应力筋的存在, 不仅增强了结构的刚度, 延缓了开裂, 更为重要的是大大增加了受弯构件的极限抗弯承载能力(往往提高数倍). 核心依据就是预应力筋的抗拉设计强度是很高的, 因此预应力筋产生的拉力就远高于同等面积的普通受拉钢筋, 合理的预应力设计往往在构件破坏时预应力筋可以达到甚至超过张拉时的应力, 这数倍于普通钢筋400MPa的屈服应力, 这个高应力和面积及内力臂的乘积就是预应力构件抵抗外力矩的主体, 这个内力偶和同面积的普通钢筋屈服应力产生的内力偶相比大数倍, 关键是这个抵抗矩的基数非常之大, 有人会说那预应力会使受压区混凝土受压高度增大, 内力臂随之减小, 没错, 但由于内力臂减小而造成的抵抗矩降低远小于前面所说的由于预应力筋高强应力带来的总体抵抗矩的增加,这个就是预应力混凝土构件极限抗弯承载能力提高的关键. 我把公式中这部分列下, 比较一下就清楚了.
公式的含义大家都明白,不多说, 把他分解为前后两部分

预应力构件
Ay*fp*(h-x/2)=Ay*fp*h - Ay*fp*x/2

相同面积同等位置普通钢筋混凝土构件
As*fy*(h-x/2)=As*fy*h-As*fy*x/2

这里h是预应力筋或普通钢筋形心到混凝土受压区边缘的距离
Ay=As
fp>>>fy , x增大, 前一部分的增加远大于后一部分的增加, 双方根本不是一个数量级的增加, 梁高越大, 预应力筋的偏心越大越明显. 有兴趣的网友可以找个例子, 把预应力筋用同等面积的钢筋替换, 把钢束应力替换成钢筋屈服应力, 重新算一下混凝土受压区高度, 比较一下就清楚了.

不知我这样说大伙是否明白, 欢迎指正.