¿Qué es una viga cajón de acero soldada?
Una viga cajón de acero soldada es una viga-de sección cerrada que se construye soldando placas de acero en una celda rectangular o trapezoidal. La placa superior soporta la plataforma o la carga aplicada, las placas del alma se cortan y la placa inferior completa el par de compresión y tensión bajo flexión. Debido a que la sección está cerrada,-las cargas descentradas generan torsión, y la celda cerrada resiste esa torsión con mucho menos material agregado del que necesitaría una sección abierta. Esta es la misma familia estructural que la viga cajón de hormigón utilizada en los viaductos de carreteras modernos; la versión de acero soldado es más liviana, se puede fabricar en segmentos y se adapta a proyectos donde la velocidad de montaje, los tramos largos o las alineaciones curvas son importantes.
Componentes principales
| Componente | Función | Forma típica |
|---|---|---|
| Brida superior/placa de cubierta | Transporta cargas directas; parte de la pareja de flexión | Placa plana, a menudo rígida; Tablero ortotrópico con nervaduras longitudinales donde el tablero es la placa superior. |
| Placas web | Transferir corte entre bridas; definir la profundidad de la sección | Placas verticales o inclinadas; espesor establecido mediante controles de corte y pandeo |
| Brida inferior | Completa el par flector bajo momento positivo. | Placa plana, más ancha o más gruesa en zonas de amontonamiento de vigas continuas |
| diafragmas | Mantenga estable la sección transversal-de la celda; distribuir cargas concentradas | Placas sólidas o marcos arriostrados a intervalos a lo largo del tramo. |
| Refuerzos longitudinales y transversales | Evite el pandeo local de paneles delgados | Barras planas, caras planas o ángulos soldados al alma y a las alas. |
Tipos de sección transversal-
Según el número de celdas, las vigas tipo cajón de acero se clasifican en tipos de una sola-caja de una sola-celda, de una sola-caja de múltiples-celdas y de varias-cajas.
| Tipo | Sección transversal- | donde se usa |
|---|---|---|
| Una sola-caja única-celda | Una celda cerrada | Plataformas estrechas, luces cortas-a-medianas, rampas urbanas, puentes peatonales |
| Celda única-varias-caja | Un cuadro dividido por redes internas (celda-doble,-celda triple) | Plataformas anchas para autopistas, autopistas elevadas, puentes de estructura-rígida y continua |
| Caja múltiple- | Dos o más cajas separadas debajo de una plataforma | Líneas principales ultra-anchas, rampas de intercambio, tramos largos con calzadas separadas |
El diseño de las celdas es una elección estructural impulsada por el ancho de la plataforma y la esbeltez de la placa: las plataformas más anchas se inclinan hacia disposiciones de múltiples{0}}celdas o múltiples-cajas para controlar la distancia entre las redes y la placa de la plataforma.
Cargas de diseño y códigos rectores
Una viga cajón está diseñada para carga muerta, carga viva de tráfico, viento, acción sísmica y fatiga, utilizando un código de diseño rector. La tabla enumera los principales códigos utilizados en proyectos de puentes internacionales y lo que rige cada uno.
| Código / Estándar | organismo emisor | Alcance |
|---|---|---|
| Especificaciones de diseño del puente AASHTO LRFD | Asociación Estadounidense de Funcionarios Estatales de Carreteras y Transporte (AASHTO) | puentes de carreteras de Estados Unidos y América del Norte; diseño de factores de carga y resistencia; Carga viva vehicular HL-93; Artículo 6.10 Disposiciones sobre vigas de acero |
| EN 1993-2 con acciones EN 1991 | Comité Europeo de Normalización (CEN) | Puentes de acero en la UE y estados asociados; estabilidad, fatiga y pandeo de placas según EN 1993-1-5; ejecución según EN 1090-2 |
| JTG D64-2015 | Ministerio de Transporte, República Popular China | Puentes de acero para carreteras en China; comúnmente utilizado como referencia para proyectos de exportación en el sudeste asiático |
| GB/T 714 | Administración de Normalización de China (SAC) | Grados de acero para puentes Q345q, Q370q, Q420q y otros: composición química, propiedades mecánicas y tenacidad al impacto. |
| Código de soldadura de puentes AWS D1.5 | Sociedad Americana de Soldadura (AWS) | Procedimientos de soldadura, calificación de soldadores, criterios de aceptación de soldadura y requisitos de END para puentes de acero. |
| ISO 8501-1 | Organización Internacional de Normalización (ISO) | Grados de preparación de superficies para revestimiento; Sa 2,5 indica una limpieza por chorro muy exhaustiva |
Espesor de Placas, Soldaduras y END
No existe un espesor de placa estándar para una viga cajón. El espesor del alma se establece mediante la resistencia al corte y los límites de pandeo local, por ejemplo, AASHTO LRFD Artículo 6.10 o EN 1993-1-5; El espesor de la brida se establece mediante comprobaciones de flexión, compresión y fatiga. Los valores correctos para un puente específico provienen del cálculo del diseño y se confirman en el conjunto de planos de fabricación.
Las soldaduras de ranura de penetración total-unen el ala al alma y conectan empalmes de segmentos de viga donde la unión está en tensión o fatiga-crítica. Las soldaduras de filete o de penetración parcial-unen refuerzos, diafragmas y detalles no-críticos. La calidad de la soldadura se acepta según AWS D1.5 o EN ISO 5817, con pruebas ultrasónicas (UT) para empalmes a tope de penetración total, pruebas de partículas magnéticas (MT) para inspección de grietas superficiales y pruebas radiográficas (RT) para uniones de soldadura profundas complejas.
Ventajas, Limitaciones y Principales Aplicaciones
| Ventajas | Limitaciones |
|---|---|
| Alta rigidez torsional sin refuerzo externo, adecuada para puentes curvos y con cargas excéntricas | Más longitud de placa y soldadura que una viga I-, por lo que el costo de fabricación por tonelada es mayor |
| Más liviano que una caja de concreto de igual capacidad, lo que reduce las cargas de pilares y cimientos. | Las celdas cerradas limitan el acceso para la inspección; Se deben planificar trampillas de acceso interno. |
| Capacidad-de tramos largos con menos pilares intermedios | El transporte y elevación de grandes segmentos requiere planificación y permisos. |
| Prefabricación de fábrica: montaje rápido en la obra, mínimo trabajo húmedo y menos interrupciones del tráfico | Los detalles soldados sensibles a la fatiga- requieren un estricto control de calidad de la soldadura |
Las principales aplicaciones incluyen puentes de autopistas y viaductos urbanos, puentes curvos y rampas de intercambio, vigas principales de puentes atirantados y colgantes, puentes peatonales y viaductos de tren ligero-y estructuras industriales pesadas, como vigas de pasarela para grúas y marcos de techos de luces largas-.
Secuencia de fabricación
Corte de placas CNC y mecanizado de componentes: las placas superiores e inferiores, las almas, los diafragmas y los refuerzos se cortan a partir de placas certificadas por fábrica-, con muescas de empalme y ranuras de soldadura pre-mecanizadas.
Fresado de ranuras y soldadura principal: las costuras primarias largas se sueldan con soldadura automática por arco sumergido (SAW) para una penetración estable; Las uniones complejas utilizan procedimientos calificados manuales o semi{0}}automáticos.
Montaje en plantillas: los componentes se colocan en plantillas de ensamblaje específicas y se verifica su planitud, verticalidad y espaciado interno antes de realizar la soldadura por puntos.
Post-enderezamiento de soldadura, END, granallado, recubrimiento y pre-ensamblaje: primero se realiza la inspección dimensional completa y END, luego la limpieza con chorro de arena hasta Sa 2.5, imprimación rica en zinc-y capas de acabado; Los segmentos completos se pueden ensamblar-de prueba en la tienda antes del envío.
Preguntas frecuentes
¿Qué cargas de diseño debe resistir una viga cajón de acero soldada?La viga cajón se verifica para detectar carga muerta, carga viva del tráfico, viento, acción sísmica y fatiga. En Norteamérica, el diseño sigue AASHTO LRFD con la carga viva vehicular HL-93; en Europa, acciones EN 1991 combinadas con EN 1993-2; en China, JTG D64-2015. El caso de carga gobernante se confirma en el informe de diseño antes de la fabricación.
¿Qué espesor deben tener las placas de una viga cajón?No existe un valor estándar. Las placas del alma se dimensionan a partir de comprobaciones de corte y pandeo local, por ejemplo AASHTO LRFD Artículo 6.10 o EN 1993-1-5, y las placas de ala a partir de comprobaciones de flexión y compresión. Los valores correctos para un puente específico provienen del cálculo, por lo que el proveedor debe proporcionar el informe de diseño.
¿Qué clases de soldadura se utilizan en vigas cajón de acero soldadas?Las soldaduras de ranura de penetración total-unen el ala al alma y segmentan los empalmes; Las soldaduras de filete o de penetración-parcial unen refuerzos y diafragmas. La fabricación sigue los niveles de calidad AWS D1.5 para puentes o EN ISO 5817, con END en la proporción requerida por el código aplicable y las especificaciones del proyecto.
¿Qué limita el transporte de un segmento de viga cajón?Los límites de ancho, longitud, altura y carga por eje-de la carretera establecen el tamaño máximo del segmento. Las vigas grandes se dividen en segmentos modulares en la etapa de diseño, con ubicaciones de empalme marcadas para empernado o soldadura en campo. Los permisos de carga-sobredimensionados deben consultarse con el proveedor de logística.
Viga cajón o viga I-, ¿cuál cuesta menos?Para el mismo tramo, una viga I-es más barata de fabricar por tonelada porque utiliza menos placa y menos longitud de soldadura. Una viga cajón cuesta más en material y soldadura, pero resiste la torsión y las cargas laterales sin un sistema de arriostramiento, lo que a menudo ahorra en plataformas anchas o curvas y en trabajos de subestructura. La comparación debe basarse en el costo total de instalación, no en el precio unitario.
¿Cuánto tiempo puede abarcar una viga cajón de acero?Las vigas cajón soldadas cubren una amplia gama, desde rampas urbanas cortas hasta cruces de autopistas largos y continuos, e incluso vigas principales más largas en puentes-atirantados o extradosados. La duración factible de un proyecto se establece mediante un estudio de diseño y fabricación; el proveedor debe devolver un control de viabilidad con los tamaños de las secciones para el tramo y la carga indicados. Explore nuestra gama completa de columnas y vigas de acero para puentes y estructuras de construcción.