Què és una biga de caixa d'acer i per què s'adapta als ponts de cable{0}}tirants
Una biga de caixa d'acer és una biga de secció-buida i tancada fabricada amb plaques d'acer soldades. A diferència d'una secció en I-oberta, la cel·la tancada transporta la flexió, el cisallament i la torsió junts, que és exactament el que necessita una coberta-tirantada: la coberta és un element continu recolzat en molts punts per tirants, i la seva secció-transversal ha de distribuir les forces concentrades del cable al camp de la placa sense una distorsió excessiva.
Elements típics d'una biga de caixa
Webs:plaques laterals verticals o inclinades que transfereixen la cisalla entre les brides superior i inferior.
Brides:plaques superior i inferior; la brida superior porta la plataforma de trànsit i la compressió, la brida inferior porta tensió.
Diafragmes i marcs{0}}creuats:membres transversals interns que conserven la forma-de la secció transversal sota càrregues concentrades, com ara els ancoratges de cables.
Enduridors:costelles longitudinals i transversals que retarden el pandeig de la placa i distribueixen les càrregues locals de les rodes.
En els vans més llargs, la coberta superior sol ser una coberta d'acer ortotròpica, en la qual una placa fina està endurida per costelles tancades o obertes soldades; això estalvia pes mort en comparació amb una coberta de formigó. Les bigues de caixa també ofereixen una gran rigidesa torsional i són eficients quan les càrregues són excèntriques, motiu pel qual apareixen en rampes corbes i ponts de llarg-vah, així com en cobertes-atirantades.
Funcions estructurals de la biga de caixa en un pont de cable-atirantat
Suport-de la coberta principal
La biga de caixa s'estén entre els punts d'ancoratge del cable-tirant, resistint el trànsit, el vent i les càrregues tèrmiques. El pes propi-de la bigueta determina directament la tensió del cable-tirant i les dimensions de la-secció transversal del piló, de manera que una biga més lleugera redueix la demanda de tot el sistema estructural.
Transferència de força a les zones d'ancoratge
S'aplica un reforç local a les posicions d'ancoratge dels cables-tirants per distribuir les grans forces concentrades dels cables a les plaques de secció de caixa-. Les forces del cable fluctuen repetidament sota trànsit i vent, de manera que els detalls resistents a la fatiga-de la zona d'ancoratge són fonamentals.
Distribució de forces longitudinal i transversal
L'estructura de caixa única-o caixa doble-depèn de la resistència a la torsió i la deformació per distribuir les càrregues excèntriques del vehicle transversalment a tota l'amplada del pont i per suportar la flexió longitudinal de la coberta entre els suports dels cables.
Consideracions de disseny: vent, fatiga i estàndards
Vent i estabilitat aeroelàstica
Dos fenòmens de vent dominen el disseny de bigues de llarg-span: la vibració induïda per vòrtex-a velocitats moderades del vent i el revoloteig a velocitats de vent altes. El perfil de caixa aerodinàmic més una rigidesa torsional adequada (una alta freqüència de torsió) són les principals contramesures estructurals. Les dades del vent del lloc i les propietats dinàmiques del pont alimenten un estudi aeroelàstic; per a intervals de-longituds rècord, un programa de túnel de vent de-capa límit és normal. Les accions del vent es determinen a Europa segons EN 1991-1-4 i a Amèrica del Nord segons les disposicions eòliques de l'AASHTO LRFD.
Fatiga en detalls soldats i ancoratges
Els ponts d'acer viuen en intervals de tensió repetits, de manera que els detalls soldats es classifiquen en categories de detall de fatiga: EN 1993-1-9 a Europa assigna categories de detall als tipus d'articulació, i AASHTO LRFD utilitza categories de fatiga amb un llindar de vida-infinit a Amèrica del Nord. Els suports d'ancoratge de cables, les soldadures de costelles a cobertes de coberta ortotròpica i els empalmes de brida són els tipus de detalls que solen governar. La qualitat de fabricació, inclòs el perfil de soldadura, el rectificat de puntes i NDT, estableix directament la vida a la fatiga que suposa la categoria de detall.
Estàndards rectors citats habitualment en contractació
| Assumpte | Normes (exemples) | Notes |
|---|---|---|
| Disseny de pont d'acer | EN 1993-2; Especificacions de disseny del pont AASHTO LRFD; JTG D64 | Edició aplicable a la jurisdicció del projecte |
| Disseny de pont compost | EN 1994-2 | Per a cobertes compostes d'acer-formigó |
| Placa de pandeig / panells endurits | EN 1993-1-5 | Regles de pany per a plaques de bigues de caixa |
| Fatiga | EN 1993-1-9; Provisions de fatiga AASHTO LRFD | Categories de detall per a juntes soldades |
| Accions del vent | EN 1991-1-4 | Càrregues de vent; Estudi aeroelàstic per a traves llargues |
| Qualitats d'acer estructural | EN 10025 (S355J2, S355NL); ASTM A709 (Grau 50, 50W); GB/T 714 (Q345q, Q370q, Q420q) | El grau depèn del disseny i del clima |
| Execució / fabricació | Classes d'execució EN 1090-2; Soldadura de pont AWS D1.5 | Defineix toleràncies, soldadura i inspecció |
| Protecció contra la corrosió | ISO 12944; ISO 8501-1 | Sistema seleccionat per categoria de corrosivitat i vida útil |
| Acceptació NDT | ISO 5817 / EN ISO 17635 | UT, RT o MT en soldadures crítiques |
Caixa d'acer vs. caixa de formigó vs. acer-compost de formigó
| Criteri | Tota-biga de caixa d'acer | Biga de caixa de formigó pretensat | Biga composta d'acer-formigó |
|---|---|---|---|
| Pes propi{0} | El més baix dels tres | Alt; regula el cost del piló i de la fonamentació en trams llargs | Moderat (coberta de formigó sobre caixa d'acer) |
| Idoneïtat-de l'abast principal | Es prefereix més enllà d'uns 400-600 m, que s'estén més enllà dels 1.000 m | Pràctic fins a uns 400 m per a dissenys-atirantats | Comú a la banda de 200-600 m i per a vans laterals |
| Comportament torsional | Alt (secció tancada) | Alt (secció tancada), pesat | Alt quan la caixa d'acer està tancada |
| Perfil aerodinàmic | Fàcilment simplificat; necessita comprovació aeroelàstica | Les seccions més pesades humiten el moviment però afegeixen càrrega morta | Intermedi |
| Velocitat d'erecció | El més ràpid (fabricació de botiga segmentada) | Més lenta (encofrat, fosa per etapes, curat) | Ràpid amb panells de coberta prefabricats |
| Manteniment del cicle de vida | Manteniment de recobriments i inspecció de soldadures i coixinets | Poc manteniment rutinari; problemes de durabilitat del tendó | Revestiment sobre acer; juntes de coberta i manteniment del formigó |
Interval indicatiu d'especificacions per a la consulta de fabricació
La taula següent és un punt de partida per a una consulta de fabricació, no una cotització. Els valors finals provenen dels dibuixos, el codi aplicable i l'oferta escrita.
| Paràmetre | Interval indicatiu |
|---|---|
| Envergadura principal (cable-tirant) | Uns 200 m a 1.100 m i més enllà |
| Longitud del segment | Normalment 9-15 m, reduït per a segments ortotròpics pesats; limitada per la capacitat de transport i elevació |
| Relació profunditat/envergadura de la viga | Poc profund per a bigues-atirantades (normalment entre 1/180 i 1/250 per a projectes d'autopistes); establerts pel vent i els límits de deflexió |
| Qualitats d'acer | Q345q / Q370q / Q420q (GB/T 714); S355J2 / S355NL (EN 10025); A709 Grau 50/50W (ASTM) |
| Preparació de la superfície | Neteja amb granalla a Sa 2.5 (ISO 8501-1) |
| Sistema de recobriment (exemple) | Imprimació rica en zinc-, capa intermèdia epoxi, capa superior de poliuretà (ISO 12944) |
| Model de càrrega (exemple) | AASHTO HL-93, models de càrrega Eurocode o model de càrrega nacional del projecte |
| Classe d'execució | EN 1090-2 EXC3 o EXC4 per a bigues de pont |
El que els compradors han de saber: documentació i embalatge
Documentació de control de qualitat:certificats de material (p. ex., EN 10204 3.1, o 3.2 amb inspecció de tercers-), registres de soldadura, informes d'END, informes de gruix de recobriment, informes dimensionals i informes de pre-muntatge de botiga.
Inspecció de tercers-:L'acceptació per part d'agències d'inspecció independents o de l'agent del client s'acorda habitualment en l'etapa del contracte.
Embalatge d'exportació:amarres de protecció, suports de fusta o acer, tirants interns, embolcall de vores-resistents a la intempèrie, segments marcats-concordats, punts d'elevació dedicats i una llista d'embalatge amb un manual de manipulació.
La pràctica comercial indicativa per a bigues de caixa fabricades es basa en projectes-: la fabricació comença a partir dels dibuixos aprovats, el termini de lliurament sol ser d'un a tres mesos des de l'aprovació del dibuix i la confirmació del material, depenent del tonatge i l'abast de la inspecció, i els termes de garantia es defineixen al contracte de venda. Envieu els vostres dibuixos, l'ordenació de l'abast i les condicions del lloc per rebre una revisió tècnica i un pressupost escrit.
Sol·liciteu una revisió tècnica i un pressupost
PMF
Com es compara una biga de caixa d'acer amb una biga de formigó per a un-pont atirantat?
Una biga de caixa d'acer és més lleugera que una de formigó de llum similar, la qual cosa redueix el pes propi{0}}que han de suportar les pilones, cables i fonaments i permet llums principals més llargues. El formigó ofereix un primer cost més baix en alguns mercats i un baix manteniment rutinari, però el seu major pes mort augmenta la demanda de pilones i fonaments. L'elecció es regeix per l'envergadura, les condicions del lloc, el cost de fabricació local i el codi de disseny.
Quina diferència hi ha entre una biga de caixa totalment-d'acer i una biga composta d'acer-formigó?
En una biga de caixa totalment-d'acer, la coberta superior, les xarxes i la brida inferior són plaques d'acer soldades, sovint amb una coberta d'acer ortotròpica. En una biga composta d'acer-formigó, una llosa de coberta de formigó armat s'assenta sobre una subestructura de caixa d'acer i actua amb ella mitjançant connectors de cisalla. Les bigues compostes són habituals en vans moderats on una coberta de formigó és econòmica; totes les-caixes d'acer són habituals on el pes propi-baix i la ràpida erecció segmentària són importants, com ara els vans principals més enllà dels 400-600 m aproximadament.
Com funciona una biga de caixa d'acer amb un fort vent?
La secció transversal-tancada i aerodinàmica té una baixa resistència aerodinàmica i una gran rigidesa torsional, la qual cosa ajuda a controlar la vibració induïda per vòrtex-i augmenta la velocitat del vent crítica del flutter-. Per a traves llargues-atirantades de cables, normalment el codi de disseny exigeix proves específiques del túnel de vent i estudis aeroelàstics del lloc-, per exemple EN 1991-1-4 per a les accions del vent.
Com es gestiona la fatiga a les juntes soldades i els ancoratges de cables?
Els detalls de soldadura estan dissenyats per a les categories de detalls de fatiga, per exemple EN 1993-1{-9 a Europa o les disposicions de fatiga de l'AASHTO LRFD a Amèrica del Nord. Les zones d'ancoratge de cables i les soldadures de costelles en U de la coberta ortotròpica reben una atenció especial perquè porten rangs d'esforços elevats i repetits. En les soldadures crítiques s'especifica l'END (assaig per ultrasons, radiogràfics o partícules magnètiques) i la norma EN 1090-2 defineix els requisits de qualitat d'execució.
Quina és la imatge de costos i manteniment durant la vida útil del pont?
Les bigues de caixa d'acer solen tenir un cost de fabricació més elevat que les alternatives de formigó, però poden reduir els costos de fonamentació i pilones a causa del menor pes mort i escurcen el temps d'erecció mitjançant la prefabricació de la botiga. El manteniment del cicle de vida se centra en el sistema de protecció contra la corrosió: els intervals de re-recobriment depenen del sistema (per exemple, les categories ISO 12944) i del medi ambient. Un estudi de costos del cicle de vida, no només el primer cost, decideix la solució econòmica per a un tram i un lloc determinats.
Quina classe d'execució s'aplica a les bigues-de ponts atirantats?
Les classes d'execució es defineixen a EN 1090-2 i es seleccionen de la classe de conseqüència de l'estructura. EXC3 és típic dels ponts d'autopistes generals; EXC4 s'especifica per a estructures de llarga durada, costaneres o urbanes on les conseqüències de fallada són greus. La classe determina les toleràncies, els requisits de soldadura i d'inspecció.