¿Qué es Viga de Acero?

Viga de acero

Las vigas de acero se pueden utilizar para vigas de grúas y vigas de plataformas de trabajo en edificios de fábricas, vigas de piso en edificios de varios pisos y correas en estructuras de techo

Clasificación de vigas de acerolaminado en caliente Se fabrica un canal en forma de viga en H o similar (ver el acero laminado en caliente), las correas y otras vigas de luz también pueden emplearse secciones de canal laminadas y Z (ver acero conformado en frío)

Las vigas seccionales de acero son fáciles de procesar y más económicas de fabricar, pero el tamaño de la sección del acero seccionado está restringido por ciertas especificaciones Cuando la carga y el tramo son grandes y la sección de acero de la sección no puede cumplir con los requisitos de resistencia, rigidez o estabilidad, se utilizan vigas compuestas

La viga compuestaestá soldada o remachada con chapa de acero o sección de acero

Debido a que el remachado cuesta mano de obra y materiales, la soldadura es a menudo el pilar Las vigas compuestas soldadas comúnmente utilizadas son secciones en forma de I y en forma de caja compuestas por placas y almas de ala superior e inferior Esta última consume más material y tiene procesos de fabricación más complicados, pero tiene una mayor rigidez a la flexión y a la torsión situaciones con requisitos de alta carga lateral y resistencia a la torsión o altura de viga restringida La figura 1 es un tipo especial de viga compuesta, que está hecha de acero laminado en I después del corte con llama y luego de la soldadura escalonada Después de soldar, la altura de la viga es mayor que la viga en I original (aumentando la altura del orificio hexagonal en mitad), mejorando así la capacidad de carga de la viga y la rigidez a la flexión; debido a que hay agujeros hexagonales en la alma que parecen panales, se le llama vigas alveolares

Cálculo de diseñoEl tamaño de la sección de la viga de acero debe determinarse mediante cálculo y debe cumplir los tres requisitos principales de resistencia, estabilidad general y rigidez

Los dos primeros garantizan la seguridad de la viga de acero en uso, y los segundos garantizan que no producirá una deformación excesiva para facilitar el uso normal Además de cumplir con los tres requisitos anteriores, las dimensiones de la sección transversal de las vigas compuestas también deben cumplir con los requisitos de estabilidad locales de cada componente El espesor de la sección de acero laminado en caliente es relativamente grande y, en general, se puede garantizar la estabilidad local

Resistencia "La resistencia de unaviga de acero incluye la capacidad de resistir la flexión, el corte y la compresión local vertical

La resistencia a la flexión se puede obtener mediante la fórmula del esfuerzo de flexión en mecánica de materiales (ver la teoría básica de vigas) Al diseñar de acuerdo con la etapa elástica, tome la tensión de la fibra del borde de la sección calculada para alcanzar el límite elástico del acero como estado límite Una vez que la tensión de la fibra del borde alcanza el límite elástico, la viga puede continuar soportando la carga

A medida que la carga continúa aumentando, la deformación plástica en la sección donde se encuentra el momento flector máximo continúa desarrollándose y expandiéndose a lo largo de la sección desde el borde hasta el centro, y finalmente se forma una bisagra plástica en esta sección Después de un cierto número de bisagras plásticas que hacen de la viga un mecanismo móvil aparece sobre la viga, la viga alcanza el estado límite de resistencia a la flexión y se rompe Al diseñar plásticamente, considere la formación de bisagras plásticas en la viga y la redistribución resultante de las fuerzas internas

En comparación con la viga diseñada según la etapa elástica, la viga de acero con diseño de plástico puede reducir el tamaño de la sección transversal y ahorrar acero Sin embargo, generalmente solo es adecuada para vigas de acero laminado en caliente y vigas mixtas soldadas de sección constante sometidas a carga estática y vigas compuestas al mismo tiempo La relación ancho-espesor de la placa debe limitarse estrictamente para evitar la inestabilidad local de la placa y reducir la capacidad de carga de la viga

La resistencia al cortante de las vigas de acero también se puede calcular de acuerdo con las fórmulas relevantes en mecánica de materiales

Por simplicidad, generalmente se supone que la fuerza cortante es soportada completamente por la sección calculada del alma en promedio Las almas de acero de la sección son más gruesas y la resistencia al corte generalmente puede cumplir con los requisitos de diseño Cuando la resistencia a la flexión de la viga se diseña de acuerdo con la etapa plástica, la presencia de cortante acelerará la formación de la bisagra plástica; por lo tanto, debe haber restricciones relativamente estrictas sobre el esfuerzo cortante en la sección con el momento flector máximo

Cuando la viga de acero está sujeta a una carga concentrada fija (incluido el soporte de la viga), cuando la carga actúa sobre el ala, la sección horizontal del alma en la unión del ala y el alma debe tener suficiente resistencia a la vertical local

Capacidad de presión El área de la sección horizontal del alma que soporta la presión parcial vertical es el producto de la longitud de distribución supuesta de la presión vertical en la sección horizontal verificada y el espesor del alma, y se supone que el esfuerzo de compresión vertical es distribuidos uniformemente en la sección horizontal Si la capacidad de presión local anti-vertical de la sección calculada es insuficiente, se puede ampliar la longitud de la plataforma de carga vertical de soporte o se puede colocar allí el refuerzo de la banda

Estabilidad generalbajo la acción de la carga vertical, las vigas de acero generalmente solo producen desplazamiento vertical (es decir, deflexión), pero para vigas de acero en forma de I o en forma de canal con poca rigidez lateral, cuando la longitud libre de la viga (longitud lateral sin apoyo)) Cuando la carga aumenta hasta cierto punto, el gran desplazamiento lateral y la deformación por torsión a menudo ocurren rápidamente, y el fenómeno de que la viga pierde inmediatamente su capacidad de carga se llama pérdida de estabilidad general o pandeo lateral por torsión

Cuando la longitud libre de la viga es grande y el ancho del ala de compresión es pequeño, la carga crítica que hace que la viga pierda su estabilidad general es a menudo menor que la carga de falla por resistencia Por lo tanto, además de la resistencia a la flexión de la sección de la viga, debe comprobarse la estabilidad general Son muchos los factores que inciden en la magnitud de la carga crítica, como la forma y tamaño de la sección, el tipo de carga y la altura de su punto de acción sobre la sección, el tamaño del tramo libre y el método de apoyo de la sección el extremo de la viga

La forma más eficaz de aumentar la estabilidad general es instalar soportes laterales en el medio del tramo y ampliar el ancho de la placa de la brida de compresión Además, se deben tomar medidas estructurales en el soporte de cualquier viga de acero, para que la sección no pueda producir desplazamiento lateral y rotación alrededor del eje de la viga (ver estabilidad estructural)

RigidezEl desplazamiento vertical máximo (deflexión) de la viga en condiciones normales de uso no debe exceder el valor de deformación máximo permisible especificado en el código de diseño para vigas para diversos propósitos

La deflexión de la viga es inversamente proporcional a la rigidez a flexión de la sección de la viga (el producto del módulo de elasticidad y el momento de inercia de la sección) Cuanto mayor es la rigidez, menor es la deflexión El uso de una sección más alta puede aumentar la rigidez de la viga

Estabilidad localCuando el grosor del alma y el ala de la viga es insuficiente, el ala de compresión o el alma pueden haber formado protuberancias onduladas y perder su forma plana original antes de que toda la viga se dañe debido a la resistencia o pérdida de estabilidad general

Pandeo local o pérdida de estabilidad local (Figura 2) El pandeo local cambiará la forma de la sección transversal y deteriorará el estado de trabajo de la viga, lo que puede hacer que la viga pierda su capacidad de carga de antemano Por esta razón, la relación entre el ancho y el espesor de la placa de la brida comprimida debe ser limitada Para el alma, cuando la altura es relativamente grande, se debe reforzar con refuerzos transversales o refuerzos longitudinales y transversales para dividir todo el alma en varias celdas

El refuerzo esuna placa de acero en tiras soldada en ambos lados de la red para evitar que la red pierda estabilidad local

El refuerzo del medio

Hay dos tipos: horizontal y vertical Los refuerzos laterales se utilizan principalmente para mejorar la capacidad del alma para resistir el pandeo local debido al cizallamiento El espaciamiento se determina calculando la relación entre la altura del alma y el espesor y la tensión en la placa Los refuerzos longitudinales se utilizan principalmente para mejorar la capacidad del alma para resistir el pandeo debido a la tensión de compresión por flexión

Se encuentra en la zona de compresión del alma, y se encuentra en una posición de 1/4 a 1/5 de la altura de el alma desde el borde de compresión del alma Se dispone a lo largo de toda la longitud de la viga, o se puede disponer localmente sólo en la sección donde la tensión de flexión por compresión es relativamente grande La sección del refuerzo debe tener suficiente rigidez

Refuerzo de soporte

Colocado en el soporte de la viga y carga concentrada fija, además de la función del rigidizador transversal medio, se utiliza principalmente para transmitir la fuerza concentrada de la viga y mejorar el rendimiento de trabajo de la banda bajo presión vertical En el diseño, el refuerzo de soporte y la parte del alma en ambos lados se consideran una barra de compresión axial, y la estabilidad de esta barra de compresión fuera del plano del alma bajo la acción de la fuerza de reacción concentrada o la carga concentrada del se comprueba el apoyo Además, para transmitir la fuerza concentrada, el extremo del rigidizador debe tener suficiente área de apoyo para aplanarse y presionarse contra la placa de la brida

Resistencia después del pandeo delalma , la zona del alma producirá un desplazamiento fuera del plano después del pandeo local, pero al mismo tiempo, dado que la periferia de la zona está firmemente conectada a la placa del ala y el refuerzo, se genera tensión de película en el alma

para evitar el plano El aumento del desplazamiento externo permite que la banda continúe soportando la carga después del pandeo, lo que se denomina resistencia posterior al pandeo de la banda La investigación y su uso pueden salvar el acero, que tiene cierta importancia económica, pero generalmente solo es adecuado para vigas de acero sometidas a cargas estáticas

El empalme selimita a las condiciones de transporte Las vigas se fabrican en secciones en la fábrica, se transportan al sitio de construcción y luego se empalman en un todo, lo que se denomina empalme en el sitio de construcción

Debido al tamaño insuficiente del acero, el empalme que se completa extendiendo o ensanchando los diversos componentes de la viga en la planta de fabricación se denomina empalme de fábrica En el lugar de empalme, la resistencia de la viga no debe debilitarse y debe garantizarse la continuidad de la deformación El empalme de fábrica de vigas compuestas debe hacer que las juntas de la placa de ala y la placa de alma se dispersen en diferentes secciones Para facilitar el transporte, las juntas de la placa de brida y la placa de alma en el empalme de la obra se pueden colocar en la misma sección, pero deben colocarse en el lugar con menos fuerza El método de empalme generalmente utiliza soldadura a tope de ranura para conectar, lo que puede ahorrar mano de obra y material; pero para el empalme en el sitio de vigas pesadas, también se pueden usar pernos de placas de empalme de alta resistencia para mejorar la calidad del empalme y mejorar el rendimiento dinámico del Haz