Capítulo uno Introducción
1. Concepto:
Soporta cargas laterales como vigas de piso, vigas de grúa, correas, puentes, etc.
2. Clasificación:
(1) Red sólida:
Perfil de acero en forma de H: Fácil de procesar, sencillo de fabricar y de bajo coste.
Sección compuesta: cuando el acero en forma de H no puede cumplir con los requisitos de resistencia y rigidez.
(2) Estructura reticular:
Cuando la luz supera los 40 m, lo mejor es utilizar un enrejado.
3. Rejilla de vigas:
Un sistema plano compuesto por vigas principales y secundarias que se cruzan vertical y horizontalmente.
(1) Rejilla de vigas simplificada: viga principal única.
(2) Parrilla de vigas ordinarias: Dividida en vigas principales y secundarias.
(3) Parrilla de vigas mixtas: Dividida en vigas principales, vigas secundarias horizontales y verticales.
4. Interacción entre vigas y placas:
(1) Coworking: Losa mixta.
(2) Trabajo no cooperativo: Losa general de hormigón armado.
Capítulo Dos: Resistencia a la flexión.
El desarrollo de tensiones normales en la sección transversal se puede dividir en tres fases:
(1) Etapa elástica: bajo carga dinámica. 
(2) Etapa elástico-plástica: Bajo carga estática o carga dinámica indirecta.
(3) Etapa plástica: 
Capacidad de flexión durante la fase elástico-plástica de una sección:
Para una sección rectangular:
(1) Etapa elástica:
(2) Etapa plástica:
(3) Etapa elástico-plástica:
Factor de forma de sección:
Capítulo Tres: Fórmulas de Cálculo de Fuerzas Adoptadas por los Códigos.
I. Esfuerzo de flexión normal:
Desarrollo plástico de la sección parcial (1/4 de sección, a = h/8) como estado límite:
En la fórmula:
γ es el factor de seguridad parcial para el momento, que se puede determinar con base en la Tabla 5.1 de la Sección 5 del código de diseño.
Hay dos casos en los que el factor de seguridad parcial para el momento debe considerarse 1,0.
II. Fuerza de corte:
Método:
S :
La resistencia al corte se puede calcular utilizando la teoría del flujo de corte, suponiendo que se distribuye uniformemente a lo largo de la dirección del espesor de la pared delgada.
(1) Al calcular el esfuerzo cortante vertical en cualquier punto del alma, es necesario calcular el momento de inercia del área de sección bruta por encima o por debajo de ese punto con respecto al eje neutro x.
(2) Al calcular el esfuerzo cortante horizontal en cualquier punto del ala, es necesario calcular el momento de inercia del área de sección bruta a la izquierda o derecha de ese punto con respecto al eje neutro x.
Donde t c es el espesor de la sección en el lugar donde se calcula el esfuerzo cortante.
III. Tensión de pandeo local del alma:
Cuando el ala de una viga está sujeta a una gran carga central fija (incluidas reacciones de apoyo) y no se proporciona refuerzo de acuerdo con la Figura 5-5(a), o cuando está sujeta a una carga viva concentrada (como una grúa) . presión) de acuerdo con la Figura 5-5 (b), se debe calcular la resistencia a la compresión local en el borde de la altura del alma. Suponiendo que la carga concentrada se extiende desde el punto de aplicación hasta un rango de altura de h sim en una proporción de 1:2,5 y se extiende en una proporción de 1:1 dentro de un rango de altura de h R , se distribuye uniformemente a lo largo de la altura de el cálculo del borde del alma. La σ c resultante está muy cerca de la presión local teórica máxima. La resistencia a la compresión local se puede calcular mediante la siguiente fórmula:
En la fórmula,
- F – carga concentrada, que debe multiplicarse por el coeficiente dinámico para cargas dinámicas;
- ψ – el factor de amplificación de la carga concentrada. Para la presión de las ruedas de la grúa a nivel de servicio pesado, ψ = 1,35; para otras cargas, ψ = 1,0;
- l z – la longitud de distribución supuesta de una carga concentrada a la altura calculada de la placa del alma. Para una carga concentrada en la mitad del tramo, l z =a+5h sí +2h R ; para la fuerza de reacción del soporte del extremo de la viga, l z =a+2.5h sí +um 1 ;
- a – la longitud de soportar una carga concentrada a lo largo de la dirección del tramo. Para la presión de las ruedas de la grúa, cuando no se disponga de datos, se podrá considerar 50 mm;
- h sí – la distancia desde la parte superior de la viga hasta la altura calculada del alma;
- h R – la altura de la pista. Si no hay pista en la parte superior de la viga, h R =0;
- a 1 – la distancia desde el extremo de la viga hasta el borde exterior de la placa de soporte, y su valor no debe exceder 2,5h sí .
Cuando el cálculo no es satisfactorio, se puede reforzar la carga concentrada fija o el soporte del rodamiento instalando refuerzos transversales o modificando el tamaño de la sección. Sin embargo, cuando se soportan cargas móviles concentradas, sólo se puede modificar el tamaño de la sección.
4. Tensión equivalente bajo estado de tensión complejo.
Cuando el vibrador abdominal está sujeto a una tensión normal significativa, una tensión de corte o una tensión de compresión local a la altura calculada, es necesario calcular la tensión equivalente en esa ubicación.
En la fórmula:
σ, τ, σ c – tensión de flexión normal, tensión de corte y tensión de compresión local en el mismo punto de la altura de cálculo de la placa del abdomen, positiva para la tensión de tracción y negativa para la tensión de compresión;
β 1 – coeficiente para aumentar el valor de diseño de la resistencia a la compresión en un punto local. Cuando σ y σc tienen el mismo signo o σ c =0, β 1 =1,1; cuando σ y σc tienen signos opuestos, β 1 =1,2.
Sección cuatro: Cálculo de la estabilidad general de la viga
1 . Conceptos básicos
Fenómeno de inestabilidad general:
Análisis del mecanismo:
Después de que la viga se deforma por flexión, el ala superior se somete a compresión. Debido a una rigidez lateral insuficiente de la viga, ésta sufrirá deformación por pandeo lateral. La deformación por flexión en el plano causada por el momento también ocurre junto con la deformación por torsión debido a la flexión desigual de arriba a abajo de la sección de la viga.
Por lo tanto, la inestabilidad global de la viga toma la forma de pandeo por flexión-torsión o, más precisamente, pandeo por flexión-torsión lateral.
dos . Fórmula de cálculo del momento flector crítico de una viga simplemente apoyada con sección transversal simétrica uniaxial:
(1) C1, C2, C3 – Relacionado con el tipo de carga
(2) Iy, Iw, It – Momento de inercia de la sección transversal
(3) L – Longitud no arriostrada en dirección lateral
(4) a – Ubicación del punto de acción en la dirección de la altura.
(5) 
| Condición de carga | Coeficiente | ||
| GRAMO | C2 | GRAMO | |
| Carga concentrada en la mitad del tramo. | 1.35 | 0,55 | 0,41 |
| Carga distribuida uniformemente en todo el tramo. | 1.13 | 0,46 | 0,53 |
| flexión pura | 1.00 | 0.00 | 1.00 |
Los principales factores que afectan la estabilidad general de las vigas de acero son:
(1) La longitud no arriostrada en la dirección lateral o la distancia L1 entre el punto de apoyo lateral de la brida comprimida. Cuanto menor sea el valor de L1, mejor será la estabilidad global de la viga y mayor será el momento flector crítico.
(2) El tamaño de la sección transversal, incluidos varios momentos de inercia. Cuanto mayor sea el momento de inercia, mejor será la estabilidad general de la viga. En particular, aumentar el ancho del ala comprimida b1 también puede aumentar el valor de βy en la fórmula.
(3) Las restricciones de sección por los apoyos extremos de la viga. Si se pueden mejorar las restricciones de rotación alrededor del eje y de la sección, la estabilidad general de la viga mejorará enormemente.
(4) Tipo de carga: flexión pura, carga distribuida uniformemente, carga concentrada en el medio del tramo.
(5) La ubicación del punto de acción de la carga a lo largo de la dirección de altura de la sección transversal, un valor; negativo para la brida superior y positivo para la brida inferior.
3 . Control general de estabilidad
Flexión en un solo plano:
4 . Coeficiente de estabilidad global
1. Sección transversal soldada en forma de I, carga de flexión pura, biaxialmente simétrica.
2. Sección transversal soldada uniaxialmente simétrica en forma de I (efectos de la sección transversal asimétrica y diferentes cargas)
Si φ b >0,6, el coeficiente de estabilidad se considera como:
3. Viga simplemente apoyada en acero común laminado en forma de I.
4. Viga simplemente apoyada sobre canal de acero laminado en caliente.
5. Una viga voladiza simétrica en forma de I de doble eje.
5. Garantizar la estabilidad general.
El ala comprimida de la viga se cubre con una plataforma (hormigón armado o placa de acero) y se conecta firmemente para evitar el desplazamiento lateral del ala comprimida.
Para vigas en H o vigas en I simplemente apoyadas, la relación entre la longitud libre L1 y el ancho b del ala comprimida no excede el valor especificado en la Tabla 5.4.
Tabla 5.4: Valor máximo de L1/b1 para el cual no es necesario calcular la estabilidad global para vigas en H o en I simplemente apoyadas.
| Grado de acero | Una viga sin puntos de apoyo laterales en el centro del vano. | Viga con ala sometida a compresión a lo largo del vano y con puntos de apoyo laterales, independientemente del lugar donde se aplique la carga. | |
| La carga se aplica a la brida. | La carga se aplica al ala inferior. | ||
| Q235 | 13.0 | 20.0 | 16.0 |
| Q345 | 10.5 | 16.5 | 13.0 |
| Q39 | 10.0 | 15.5 | 12.5 |
| Q420 | 9.5 | 15.0 | 12.0 |
6. Pasos de verificación de la estabilidad general:
1. Determine si se requiere una verificación de estabilidad general.
2. Calcule los parámetros de la sección.
3. Obtener el coeficiente de momento flector crítico equivalente βb según las condiciones de carga.
4. Sustituya los valores en las fórmulas para obtener el coeficiente de estabilidad global ϕb y verifique la estabilidad global.
Ejemplo: 5-2,5-3
Sección 5 – Estabilidad local y diseño de refuerzos de vigas.
1. Información general:
Placa de brida: la carga es relativamente simple y la estabilidad local se garantiza limitando la relación ancho-espesor de la placa.
Placa de alma: la carga es compleja y, para cumplir con los requisitos de resistencia, la altura de la sección suele ser grande. Si continuamos limitando la relación altura-espesor de la placa del alma, el valor de la placa del alma será muy grande, lo que no es económico. Por lo tanto, generalmente se utilizan refuerzos para reducir el tamaño de la placa y mejorar la capacidad portante de estabilidad local.
1. Refuerzos transversales
2. Refuerzos longitudinales
3. Refuerzos cortos
2. Estabilidad local de la placa del ala del ala.
Principio de diseño: Principio de fuerza igual.
Según el diseño elástico (con γ=1.0 por no considerar el desarrollo plástico), debido a la influencia de la tensión residual, la sección transversal real entró en la etapa elástico-plástica. La “Especificación” toma E t =0,7E.
Si se considera el desarrollo plástico (γ > 1,0), el desarrollo plástico será mayor, y E t =0,5E.
3. Pandeo de la placa del alma
| No. | El estado de la tarjeta web. | Especificaciones de disposición de refuerzo | |
| 1 |
|
σ τ =0 | Se pueden omitir refuerzos. |
| dos | σ τ ≠0 | Se recomienda instalar refuerzos transversales que cumplan con los requisitos estructurales y de cálculo. | |
| 3 |
|
Se recomienda instalar refuerzos transversales que cumplan con los requisitos estructurales y de cálculo. | |
| 4 |
 Se evita que la brida comprimida se tuerza. |
Se deberán añadir refuerzos longitudinales en la zona de compresión del tramo donde el esfuerzo de flexión es elevado, cumpliendo requisitos estructurales y de cálculo. | |
| 5 |
 La brida comprimida puede girar libremente. |
||
| 6 | Cuando sea necesario a efectos de cálculo. | ||
| 7 | Cuando la tensión de compresión local es alta. | Si es necesario, se deben proporcionar refuerzos cortos en la zona de compresión para cumplir con los requisitos estructurales y de diseño. | |
| 8 | En el soporte de la viga | Es recomendable instalar refuerzos de soporte que cumplan con los requisitos estructurales y de cálculo. | |
| 9 | Donde la brida está sujeta a una gran carga concentrada fija. | ||
| 10 | En todo caso |
|
|
1. Pandeo de placas tensoras compuestas.
Sólo se configura la placa de alma con refuerzos transversales.
La placa de alma está configurada con refuerzos transversales y longitudinales al mismo tiempo.
(1) Entre el ala comprimida y los rigidizadores longitudinales.
(2) Entre el ala traccionada y las armaduras longitudinales.
Se instalan refuerzos transversales cortos entre el ala comprimida y los refuerzos longitudinales.
2. Requisitos de construcción de refuerzos de placas de alma.
(1) Refuerzos transversales de acero configurados por parejas a ambos lados del alma.
Ancho que sobresale hacia afuera:
Espesor:
(2) Refuerzos transversales de acero configurados en un lado de la placa del alma.
Ancho que sobresale hacia afuera: debe ser superior a 1,2 veces el valor calculado según la fórmula anterior.
Espesor: no debe ser inferior a 1/15 del ancho que sobresale hacia afuera.
(3) En la placa de alma reforzada con refuerzos transversales y longitudinales, los refuerzos longitudinales deben desconectarse en sus intersecciones mientras que los refuerzos transversales permanecen continuos.
El momento de inercia con respecto al eje z también debe satisfacer:
(4) Tratamiento final de armaduras transversales:
3. Refuerzos para apoyo
(1) Cálculo de estabilidad:
La estabilidad de las armaduras portantes se calcula como un elemento comprimido sometido a cargas fijas concentradas o reacciones de apoyo de la viga a lo largo de su eje. El área de la sección transversal A de este elemento de compresión incluye tanto el refuerzo como el área de la placa del alma dentro de 15t. c a cada lado del refuerzo. La longitud de cálculo se toma aproximadamente como h0.
(2) Cálculo de la resistencia a la compresión:
Los refuerzos de apoyo de los extremos de las vigas deben calcularse en función de la carga concentrada fija o reacción de apoyo que soportan. Cuando el extremo de los refuerzos se recorta plano y apretado, la tensión de compresión en la cara del extremo se debe calcular de la siguiente manera:
dónde:
- f ce es el valor de cálculo de la resistencia a la compresión de la cara extrema del acero;
- El ce es el área donde los refuerzos de soporte hacen contacto con la placa del ala o la parte superior de la columna.
Pasos de diseño para refuerzos transversales de placas de alma:
1. Determinar si es necesario instalar barras transversales;
2. Instale las vigas y determine el espaciamiento a, bs, ts;
3. Verifique el estado de tensión compuesto de la placa central;
4. Verifique el refuerzo del soporte: incluida la soldadura (conexión entre los travesaños y la placa del alma), verificación de la estabilidad a la compresión axial (estabilización del eje z fuera del plano) y verificación de la resistencia.
Ejemplo 5-3: Según las condiciones y los resultados del Ejemplo 5-2, verifique que la sección de la viga principal que se muestra en la Figura 5-9(b) cumpla con los requisitos. La viga principal es una viga simplemente apoyada en ambos extremos, fabricada en acero Q235 y soldada con electrodos de soldadura manual serie E43.
Solución:
1. Capacidad de carga de la viga principal:
El diagrama de cálculo simplificado de la Te principal se muestra en la Figura 5-9(a). La presión ejercida sobre la viga principal por las vigas secundarias en ambos lados es 2 × 73,69 + 2 × 2,33 = 152,04 kN, y la presión de las vigas secundarias en el extremo de la viga es la mitad que la de la viga secundaria intermedia.
La reacción de apoyo de la viga principal es R=2×152,04=304,08 kN.
El momento flector máximo de la viga es M=(304.08-76.02)x5-152.04×2.5=760.2 kN.m
2. Calcular las características de la sección:
Alto=131,2 cm², Largo x =145449 cm⁴, Ancho x =3513,3 cm³. El peso propio de la viga principal es 131,2×10²x7850x10⁻⁶x1,2=123,6 kg/m=1,211 kN/m. El factor de 1,2 es para tener en cuenta el mayor coeficiente de refuerzo de la viga principal. El valor calculado del momento flector después de considerar el peso de la viga principal es M=760,2+1,2×1,211×10²/8=760,2+18,2=778,4 kN·m.
Considerando el valor calculado de la fuerza de reacción sobre el soporte después de tener en cuenta el peso propio de la viga principal, es R=304,08+1,2×1,211×10/2=304,08+7,27=311,3kN.
3. Control de fuerza
Se proporcionan refuerzos de soporte en la conexión de la viga secundaria y no hay tensión de compresión local. Además, debido a que el esfuerzo cortante es relativamente pequeño, no es necesario verificar otros esfuerzos convertidos en la sección.
4. Sobre la viga secundaria existe una placa rígida que garantiza la estabilidad de la viga secundaria y puede servir como punto de apoyo lateral de la viga principal.
En este punto, siempre que i 1 /b 1 = 2500/240 = 10,4 <16, la estabilidad general se puede garantizar sin cálculos.
5. Control de rigidez
El valor estándar total de la carga transmitida por la viga secundaria es F T =(15,5+0,52)×7,5=120,2kN, por lo tanto,
El valor estándar total de la carga transmitida por la viga secundaria es F P =2.5×4.2×7.5=78.75kN, por lo tanto,
6. Estabilidad local
Brida: b/t=(120-4)/14=8,3<13, que cumple con el requisito de estabilidad local, y γ x puede tomarse como 1,05; Placa del alma: h 0 / t c =800/8=100, es necesario prever refuerzos transversales, se omiten los detalles.
Sección 6. Resistencia al pandeo de placas delgadas.
1. Concepto y análisis de la resistencia tras pandeo de placas delgadas:
Después del pandeo de la placa delgada, se generan tensiones de tracción transversales en el centro de la placa, lo que restringe aún más la deformación por flexión longitudinal de la placa, permitiéndole continuar resistiendo el aumento de presión.
2. Análisis de la capacidad de resistencia al corte de la placa del alma considerando la resistencia tras el pandeo:
1. Capacidad de carga de corte después del pandeo: Fórmula (5-94)
2. La capacidad de carga cortante incluye dos partes: fuerza cortante de pandeo (resistencia al pandeo) + fuerza cortante del campo de tensión (resistencia después del pandeo).
3. Fuerza de corte del campo de tensión:
(1) Método del campo de tensiones (complejo);
(2) Especificación del código.
3. Análisis de la capacidad resistente a flexión de la placa del alma considerando la resistencia tras el pandeo:
Mientras que la capacidad de resistencia a la flexión de la placa del alma disminuye ligeramente después del pandeo.
Dos supuestos:
(1) altura efectiva;
(2) Simetría entre la zona de tensión y la zona de compresión.
La fórmula para calcular la capacidad de carga:
4. Fórmula de cálculo para vigas considerando la resistencia después del pandeo (sujeta simultáneamente al momento flector y al esfuerzo cortante):
En la fórmula,
- M y V son los valores calculados del momento flector y la fuerza cortante en la misma sección transversal de la viga.
- Cuando V <0,5 Vu, considere V = 0,5 Vu
- Cuando M < M f toma M = M f
Esto indica que:
(1) Cuando M en sección es menor que Mf que el ala puede soportar, la placa del alma puede soportar la fuerza cortante Vu;
(2) Cuando V en la sección es menor que 0,5 Vu, considere M = M UE .
5. Diseño de refuerzos transversales considerando la resistencia post-pandeo
(1) Si los refuerzos de soporte por sí solos no pueden satisfacer la ecuación (5.99), se deben agregar refuerzos transversales emparejados en ambos lados del alma para reducir la longitud de la región de pandeo.
(2) Las dimensiones de la sección transversal de los refuerzos transversales deben cumplir los requisitos de construcción de los refuerzos del alma de acuerdo con la Ecuación 5.85.
(3) Según las especificaciones de la estructura de acero, el refuerzo transversal central debe tratarse como un elemento de compresión axial, y su estabilidad fuera del plano del alma debe calcularse en función del esfuerzo axial utilizando la siguiente fórmula:
Cuando el refuerzo se somete a una carga transversal concentrada F, Ns debe incrementarse en F.
Sección 7. Diseño de Vigas de Acero
1. Diseño de vigas de acero laminadas
Calcule el valor de diseño del momento flector máximo M máx. a la viga según las condiciones reales.
Determine el módulo de sección requerido en función de la resistencia a la flexión y la estabilidad general:
Determine la sección de acero basándose en tablas de secciones.
Verificación de sección:
(1) Verificación de resistencia: flexión, corte, compresión local y tensión equivalente.
(2) Verificación de rigidez: verifique la relación deflexión-envergadura de la viga.
(3) Verificación de la estabilidad global (la estabilidad local de la sección de acero normalmente no requiere verificación).
(4) Ajuste la sección según los resultados de la verificación y realice la verificación nuevamente hasta que cumpla con los requisitos del proyecto.
2. Diseño de secciones de vigas compuestas.
1) Determine el módulo de sección requerido según las condiciones de carga.
2) Determinar la altura de la viga:
- Altura mínima: h min está determinada por la rigidez de la viga.
- Altura máxima: h máx. está determinado por los requisitos del diseño arquitectónico.
- Altura económica: hy está determinada por el consumo mínimo de acero.
Altura seleccionada: h min ≤ h ≤ h max. .
3). Determine el espesor del alma (asumiendo que todas las fuerzas cortantes son soportadas por el alma), luego:
Alternativamente, el espesor de la red se puede determinar mediante fórmulas empíricas:
4). Determine el ancho del ala:
Después de determinar el espesor del alma, el área del ala Af se puede determinar basándose en los requisitos de resistencia a la flexión. Tomando como ejemplo una sección en forma de I:
Una vez que se determina f , se puede seleccionar bot para determinar el otro valor.
5). Verificación de sección:
- Comprobación de resistencias: flexión, corte, compresión local y resistencia a la tracción equivalente.
- Comprobación de rigidez: comprobar la relación deflexión-luz de la viga.
- Control general de estabilidad.
- Control de estabilidad local (placa de brida).
- Ajuste la sección según los resultados del escaneo y ejecute el escaneo nuevamente hasta que cumpla con los requisitos del proyecto.
- Calcular y organizar refuerzos según condiciones reales.
6). Cálculo de soldaduras entre núcleo y brida.
La soldadura de conexión se utiliza principalmente para resistir el corte por flexión y el corte por unidad de longitud es:
Cuando la viga se somete a una carga concentrada fija sin refuerzos de soporte, la soldadura del ala superior soporta tanto la fuerza cortante T 1 como la fuerza concentrada F. La fuerza por unidad de longitud generada por F es V 1 :
3. Cambio de sección para vigas compuestas soldadas
Propósito: Ahorrar acero y hacer frente a los cambios en el momento flector.
Métodos de cambio de sección:
- Cambie el ancho del ala.
- Cambie el espesor del ala o el número de capas.
- Cambie la altura y el grosor de la web.
Puntos a tener en cuenta:
- Este método sólo se utiliza para tramos largos.
- El cambio de sección debe ser gradual para evitar una concentración severa de tensiones.
- Se debe comprobar la tensión equivalente.
Sección 8. Empalme de Vigas de Acero
1. Clasificación: empalme en fábrica y empalme en sitio.
2. Perfiles de acero laminado: soldadura a tope y soldadura de placas de empalme.
3. En empalme de vigas compuestas: El alma y las alas están escalonadas en el empalme de fábrica. El alma y las alas se empalman en la misma sección en el empalme in situ.
Puntos a tener en cuenta:
- Todos los empalmes deben disponerse donde la tensión de flexión sea relativamente pequeña.
- Es difícil garantizar la calidad de la soldadura en obra.
Sección 9. Conexión de vigas de acero primarias y secundarias y soportes de vigas
1. Unión de vigas metálicas primarias y secundarias: solape y unión a tope.
2. Soportes de vigas:
- Soportes de placa plana.
- Soportes en forma de arco.
- Soportes articulados.
