1. Empalme de estructuras de acero con secciones transversales uniformes
Empalme en fábrica de estructuras de acero
Miembros de tensión: Se puede utilizar soldadura a tope directa (fig. a) o placas de empalme con soldaduras en ángulo (fig. b). Para la soldadura a tope directa, la calidad de la soldadura debe cumplir con las normas de grado I o grado II; de lo contrario, se deben emplear placas de empalme con soldaduras en ángulo.
Elementos de compresión: Se puede utilizar soldadura a tope directa (fig. a) o placas de empalme con soldaduras en ángulo (fig. b).
Cuando se utilizan placas de empalme y soldaduras en ángulo, las bridas y el alma del elemento deben estar equipadas con placas de empalme y soldaduras separadas para garantizar una transmisión de fuerza directa y uniforme, evitando una concentración excesiva de tensiones. Al determinar la anchura de la placa de empalme del alma, se debe reservar un espacio libre suficiente para facilitar el funcionamiento del electrodo durante la soldadura longitudinal.

Empalme in situ de estructuras de acero
Miembros de tensión: Se pueden añadir placas de unión con pernos de alta resistencia (fig. c), o se pueden añadir placas finales con pernos de alta resistencia (fig. d).
Elementos de compresión: Se puede utilizar soldadura (Figs. e, f), o se pueden transmitir fuerzas directamente a través del cojinete después de cepillar las superficies de contacto superior e inferior (Figs. g, h). Durante la soldadura, la parte superior del miembro debe ser biselada previamente en fábrica. La parte inferior (o ambas partes, superior e inferior) está equipada con elementos de posicionamiento (acero en U o acero angular) para garantizar una alineación adecuada durante la soldadura. Después de cepillar las superficies de contacto superior e inferior, si las fuerzas se transmiten directamente a través del cojinete, se debe añadir un pequeño número de soldaduras y pernos para evitar el desplazamiento. El empalme de los elementos de tracción y compresión debe seguir el principio de igualdad de resistencia, lo que significa que los materiales de empalme y los conectores deben ser capaces de soportar la fuerza interna máxima de la sección fracturada.

2. Empalme de vigas de acero
Debido a las diferentes condiciones de construcción, los métodos de empalme de vigas se dividen en empalmes en fábrica y empalmes in situ.

Empalme en fábrica de estructuras de acero

1. Para evitar la concentración de soldadura, es preferible que las posiciones de empalme de la brida y la red estén escalonadas.
2. La soldadura a tope se utiliza generalmente para soldaduras de bridas y empalmes de nervios.
3. Para las soldaduras que cumplen con los estándares de inspección de calidad de soldadura de Grado I y Grado II, no se requieren cálculos de verificación.
4. Para las soldaduras que cumplen con los estándares de inspección de calidad de soldadura de grado III, se requieren cálculos de verificación. Si la resistencia de la soldadura es insuficiente, se puede utilizar soldadura inclinada. Cuando θ satisface tan θ ≤ 1,5, no se requieren cálculos de verificación.

Empalme in situ de estructuras de acero

1. Durante el empalme in situ, la brida y la banda suelen desconectarse en la misma sección transversal para facilitar el transporte por segmentos (fig. a). Para permitir cierta expansión y contracción de la placa de la brida durante la soldadura, reduciendo así la tensión residual de la soldadura, se puede dejar sin soldar una longitud de aproximadamente 500 mm en la fábrica.
2. Como se muestra en la figura b, escalonar adecuadamente las posiciones de empalme de la brida y el alma puede evitar la concentración de soldadura en la misma sección transversal, aunque esto puede complicar el transporte.
3. Para vigas remachadas más críticas o vigas soldadas grandes sometidas a cargas dinámicas, se suelen utilizar pernos de alta resistencia para las conexiones in situ.

3. Conexiones entre vigas principales y vigas secundarias
Vigas secundarias con apoyo libre
1) Conexión superpuesta
Estructura: Los refuerzos de soporte deben colocarse en las posiciones correspondientes de la viga principal para evitar una presión local excesiva sobre el alma de la viga principal.
Características: Estructura sencilla, fácil instalación de vigas secundarias, pero el sistema de vigas principales y secundarias ocupa un mayor espacio neto.
Cálculo: Por lo general, no se requiere ningún cálculo, y los pernos se utilizan únicamente para la fijación.

2) Conexión lateral
Estructura: La viga secundaria está conectada al lateral de la viga principal, ya sea directamente al refuerzo de la viga principal (Figs. a, b) o a un ángulo de acero corto (Figs. c, d).
Características:

• Fig. a: Conectado mediante pernos al refuerzo, estructura sencilla, fácil instalación, pero es necesario cortar un lado de las alas superior e inferior de la viga secundaria.
• Fig. b: Unión soldada in situ. Los pernos solo se utilizan para la fijación temporal, pero la soldadura en el extremo del alma de la viga secundaria resulta incómoda.
• Figuras c y d: Se utiliza acero de ángulo corto para las uniones atornilladas o soldadas entre las vigas principales y secundarias. Para ello es necesario cortar parte de la banda superior.
  Cálculo:
• Figuras a, b: El número necesario de soldaduras o pernos debe calcularse en función de la fuerza de reacción de la viga secundaria. Teniendo en cuenta que la conexión no es ideal, la fuerza de reacción debe aumentarse en 20%–30%.
• Fig. c: Al calcular el perno ①, el ángulo de acero y la viga secundaria pueden tratarse como un todo. Por lo tanto, el perno ① debe soportar la acción combinada de la fuerza de reacción R y el momento M = R·e. Por el contrario, el perno ② solo soporta R. Alternativamente, el ángulo de acero puede considerarse parte de la viga principal. En este caso, el perno ① solo soporta R, mientras que el perno ② debe soportar la acción combinada de R y M = R·e.
• Fig. d: El método de cálculo es similar al de la fig. c. Las soldaduras ① y ② también soportan la acción combinada de R o R y M = R·e, respectivamente.

Vigas secundarias continuas
Las vigas libremente apoyadas se superponen, pero la viga secundaria pasa continuamente a través de la viga principal sin desconexión. Cuando es necesario empalmar la viga secundaria, la posición de empalme se puede establecer en un lugar con momentos flectores más pequeños. Se utilizan pernos o soldaduras para fijar las vigas principales y secundarias.
1) Conexión superpuesta
Las vigas libremente apoyadas se superponen, pero la viga secundaria pasa continuamente a través de la viga principal sin desconexión. Cuando es necesario empalmar la viga secundaria, la posición de empalme se puede establecer en un lugar con momentos flectores más pequeños. Se utilizan pernos o soldaduras para fijar las vigas principales y secundarias.
2) Conexión lateral:
Estructura: Para garantizar la continuidad de la viga secundaria de dos vanos con la viga principal, se deben proporcionar placas de conexión en las alas superior e inferior.

• Fig. a: El alma secundaria está conectada al refuerzo de la viga principal mediante pernos de alta resistencia. La placa de conexión del ala inferior está dividida en dos partes y soldada a ambos lados del alma de la viga principal.
• Fig. b: Instalación in situ con conexión soldada. La viga secundaria se apoya en el soporte de la viga principal. La banda superior de la viga secundaria está provista de una placa de conexión, y la placa de conexión de la banda inferior se sustituye por una placa de apoyo.
  Cálculo:
  La reacción del soporte se transmite desde el soporte a la viga principal, mientras que las alas superior e inferior soportan el momento negativo en el extremo. La fuerza horizontal descompuesta del momento M, F = M/h (donde h es la altura de la viga secundaria), se transmite mediante los conectores, las placas de cubierta y las placas superiores. F se utiliza para calcular las dimensiones de la sección transversal y la conexión de soldaduras o pernos. Para evitar la soldadura en altura, la placa de cubierta de conexión es más estrecha que la brida superior, y la placa de tensión es más ancha que la brida inferior.

4. Uniones viga-columna
Al diseñar juntas de conexión, se deben seguir los siguientes principios básicos:

• Seguridad y fiabilidad. El análisis de fuerzas debe ajustarse lo más posible a las condiciones reales de trabajo. El diagrama de cálculo debe coincidir o aproximarse al estado real de conexión de los elementos. La conexión debe tener una trayectoria clara de transmisión de fuerzas y garantías estructurales fiables.
• Facilidad de fabricación, transporte e instalación. Reducir los tipos de juntas; permitir el ajuste de las dimensiones de los empalmes; simplificar al máximo las operaciones de construcción, por ejemplo, evitando la soldadura en altura, montando soportes durante la instalación, etc.
• Racionalidad económica. El método más económico se determina tras considerar cuidadosamente factores como los materiales, la producción y la construcción, y no debe interpretarse como un mero ahorro de acero.

Según la rigidez rotacional, las conexiones viga-columna se pueden dividir en tres tipos: conexiones flexibles (conexiones articuladas), conexiones rígidas y conexiones semirrígidas.

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