¿Qué es una viga cajón de acero?
Una viga cajón de acero es un miembro estructural con una sección transversal- rectangular o trapezoidal hueca, cerrada, fabricado mediante soldadura de placas de acero en una caja formada por un ala superior, un ala inferior y dos almas, con diafragmas internos y refuerzos longitudinales. Debido a que la sección está cerrada, resiste la torsión mucho más eficazmente que una sección I-abierta de peso similar, lo que la convierte en la viga principal estándar para alineaciones curvas, puentes continuos de -luces largas y puentes soportados por cables-.
Componentes clave
Brida superior:soporta compresión y, en el caso de vigas tipo plataforma-, soporta la calzada.
Brida inferior:lleva tensión.
Webs:Placas verticales o inclinadas que soportan cortante entre las alas.
Diafragmas internos y marcos-cruzados:mantenga la forma de la sección-transversal a intervalos y distribuya cargas concentradas, como reacciones de rodamientos y anclajes de cables.
Refuerzos longitudinales:nervaduras planas o nervaduras U-cerradas que controlan el pandeo local de las placas delgadas; donde el ala superior es la plataforma de tránsito, el sistema de placas rigidizadas se denomina plataforma de acero ortotrópica.
Formularios de sección transversal-comunes
Una sola-caja única-celda:una celda cerrada; buena rigidez torsional para plataformas-de ancho medio.
Caja única-celda gemela-o celda múltiple-:Las redes internas distribuyen la carga a través de plataformas más anchas, típicas de las líneas principales de las carreteras.
Caja múltiple- (cajas gemelas o múltiples):cajas separadas una al lado de la otra para puentes ferroviarios-de carretera extra-anchos o combinados; Las secciones de caja gemela- ranuradas también se utilizan para mejorar la estabilidad aerodinámica en tramos muy largos.
Por qué las vigas cajón de acero son adecuadas para puentes-de luces largas
Alta relación de resistencia-a-peso:El acero ofrece una de las relaciones más altas entre resistencia-y-peso-de cualquier material para puentes. En tramos largos, el propio peso de la superestructura domina la carga total, por lo que una viga más ligera reduce la demanda de pilones, cables y cimientos y puede ampliar el tramo principal factible.
Rigidez torsional excepcional:La celda cerrada resiste la torsión por el flujo cortante alrededor de todo el perímetro, controlando la distorsión bajo cargas de tráfico excéntricas y viento.
Perfil aerodinámico:La forma plana y aerodinámica reduce la resistencia y aumenta la velocidad crítica del viento para el aleteo, lo cual es esencial para puentes atirantados y colgantes en regiones costeras o propensas a tifones.
Prefabricación de tienda:Los segmentos se fabrican, se ensamblan-de prueba y se marcan{1}}en la fábrica, lo que acorta el período de montaje en-el sitio en comparación con la construcción de concreto-in-.
Especificación de fabricación típica
La siguiente tabla es un punto de partida para una consulta de fabricación. Los tamaños finales de las placas, los grados de acero y los detalles están fijados por el diseño estructural del proyecto según el código vigente.
| Parámetro | Gama/opciones típicas | Estándar / nota |
|---|---|---|
| tipo de viga | Caja única-o caja múltiple-; profundidad constante o variable | Por diseño estructural |
| Durar | Vigas continuas desde unos 30-200 m; Vigas de refuerzo para puentes atirantados y colgantes de más de 200 m | No existe una definición global única de-lapso largo; el código de diseño aplicable rige |
| Grados de acero | Q345q, Q370q, Q420q; S355J2, S355NL; ASTM A709 Grado 50/50W; JIS SM490C | GB/T 714; EN 10025-2/-3; ASTM A709/AASHTO M270; JIS G 3106 |
| Espesor de la placa | Placas de ala y placas de alma dimensionadas mediante cálculo; Las placas gruesas requieren propiedades de-espesor total (dirección Z-) según GB/T 5313. | Establecido por cálculo estructural. |
| Preparación de la superficie | Granallado hasta Sa 2,5 | ISO 8501-1 |
| Sistema de recubrimiento | Sistema multi-capa seleccionado por categoría de corrosividad, por ejemplo, imprimación rica en zinc-, capa intermedia epóxica, capa superior de poliuretano; o galvanizado en caliente- | ISO 12944 categorías C2-C5-M |
| Conexiones | Soldadura en taller (SAW/FCW) además de empalmes atornillados en campo de alta-resistencia | Calidad de soldadura según EN 1090, ISO 3834, GB 50661 |
Métodos de montaje de vigas cajón de acero-de luces largas
Montaje de grúa segmentaria:Los segmentos se levantan de barcazas o del suelo mediante grúas flotantes o terrestres y se empalman en su lugar, algo típico para luces medianas y sitios accesibles.
Lanzamiento incremental:Los segmentos se ensamblan en la orilla o en el estribo y se empujan a través de los muelles con puntas de lanzamiento, adecuados para vigas continuas sobre valles o agua donde el acceso de las grúas es limitado.
Montaje en voladizo (equilibrado):los segmentos se colocan alternativamente desde las torres o los pilares hacia afuera, el método estándar para puentes atirantados-y de tramos largos-continuos; la viga actúa como voladizo hasta el cierre.
Levantamiento de tramo completo-:cuando el transporte lo permite, se levantan tramos enteros o unidades grandes hasta su posición, minimizando los empalmes en el sitio.
Cualquiera que sea el método, el ensamblaje de prueba, las marcas-de coincidencia y un manual de montaje preparado por el fabricante reducen el riesgo en el sitio y acortan el período de construcción.
Lista de verificación de selección para compradores
Proporcione el diseño del puente: disposición de los tramos, ancho de la plataforma, alineación (recta o curva) y el código de diseño vigente en el país del proyecto.
Definir los grados de acero, incluidos los requisitos de impacto (Charpy) para la temperatura de servicio.
Indique el entorno de corrosión y seleccione el sistema de recubrimiento según la categoría de corrosividad ISO 12944 correspondiente.
Confirme los límites de longitud y peso del segmento según los corredores de transporte y el equipo de elevación disponible.
Acuerde el método de montaje de modo que los detalles de fabricación (puntos de elevación, refuerzos temporales, ubicaciones de empalmes) coincidan con el plano del sitio.
Especifique la documentación de control de calidad: certificados de materiales, informes de inspección de soldadura (NDT), informes dimensionales, informes de espesor de revestimiento e informes de taller previos-al montaje.
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Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre una viga cajón de acero y una viga de placa?
Una viga de placa tiene una sección abierta en forma de I-hecha de placas de alma y ala. Una viga cajón cierra la sección con un ala inferior, formando una celda hueca. La celda cerrada le da a la viga cajón una rigidez torsional mucho mayor, razón por la cual las vigas cajón se utilizan para alineaciones curvas, plataformas anchas y tramos largos-con cables.
¿Por qué se prefieren las vigas cajón de acero para luces superiores a 200 m?
Más allá de aproximadamente 200 m, el peso propio-de una superestructura de hormigón se convierte en una gran parte de la carga total y perjudica a cimientos, pilones y cables. Una viga cajón de acero es mucho más liviana, proporciona una alta rigidez torsional y puede racionalizarse para el viento, lo que en conjunto hace factibles luces más largas.
¿Qué es una plataforma de acero ortotrópica?
Una plataforma de acero ortotrópica es una placa de acero delgada reforzada por nervaduras longitudinales muy espaciadas (normalmente nervaduras en U cerradas) y mamparos transversales, que actúan como ala superior de la viga y de la calzada al mismo tiempo. Ahorra un peso muerto significativo en tramos largos, pero requiere un cuidadoso detalle de fatiga de las soldaduras de las costillas-a-la plataforma.
¿Qué grados de acero se utilizan para las vigas cajón de acero?
Los grados comunes son los aceros para puentes chinos Q345q, Q370q y Q420q según GB/T 714, los grados europeos S355J2 y S355NL según EN 10025 y los grados estadounidenses ASTM A709 Grado 50/50W. Los aceros para puentes resistentes a la intemperie se pueden utilizar en entornos costeros para reducir el mantenimiento del revestimiento.
¿Cómo se conectan los segmentos de viga cajón en obra?
Los segmentos se unen mediante soldaduras de estilo-de taller-de penetración total en las bridas y empalmes del alma, o mediante empalmes atornillados de alta-resistencia, según el diseño y el código. Las superficies coincidentes se preparan en la fábrica, los segmentos se marcan- después del ensamblaje de prueba y el montaje sigue el manual de montaje del fabricante.
¿Qué sistemas anticorrosión-se utilizan en entornos marinos?
Para sitios costeros y marinos, las superficies se limpian con chorro de arena hasta Sa 2,5 según ISO 8501-1 y se recubren con un sistema seleccionado para la categoría de corrosividad ISO 12944, por ejemplo, imprimación rica en zinc, capa intermedia epóxica y capa superior de poliuretano. También se pueden especificar sistemas de deshumidificación internos para interiores de cajas cerradas.