Cos'è una trave scatolare in acciaio?
Una trave scatolare in acciaio è un elemento strutturale con una sezione trasversale chiusa, cava rettangolare o trapezoidale-, fabbricata saldando piastre di acciaio in una scatola formata da una flangia superiore, una flangia inferiore e due anime, con diaframmi interni e irrigidimenti longitudinali. Poiché la sezione è chiusa, resiste alla torsione in modo molto più efficace di una sezione a I-aperta di peso simile, il che la rende la trave principale standard per allineamenti curvi, ponti continui a lunga campata-e ponti supportati da cavi-.
Componenti chiave
Flangia superiore:sopporta la compressione e, nelle travi-di tipo ponte, sostiene la carreggiata.
Flangia inferiore:porta tensione.
Reti:piastre verticali o inclinate che portano il taglio tra le flange.
Diaframmi interni e cross-frame:mantenere la forma della sezione trasversale-a intervalli e distribuire i carichi concentrati come reazioni dei cuscinetti e ancoraggi dei cavi.
Rinforzi longitudinali:nervature piatte o nervature a U-chiuse che controllano l'instabilità locale delle piastre sottili; dove la flangia superiore è l'impalcato per il traffico, il sistema di piastre irrigidite è chiamato impalcato in acciaio ortotropo.
Forme trasversali-comuni
Singola-casella singola-cella:una cella chiusa; buona rigidità torsionale per impalcati di media-larghezza.
Singola-scatola doppia-cella o multi-cella:le reti interne distribuiscono il carico su impalcati più ampi, tipici delle linee principali autostradali.
Multi-box (scatole doppie o multiple):scatole separate affiancate per ponti autostradali-ferroviari extra{0}}larghi o combinati; le sezioni a doppia scatola scanalate vengono utilizzate anche per migliorare la stabilità aerodinamica su campate molto lunghe.
Perché le travi scatolari in acciaio sono adatte per ponti- a campata lunga
Elevato rapporto-/-peso:l'acciaio offre uno dei rapporti-resistenza-proprio-peso più elevati rispetto a qualsiasi altro materiale per ponti. Sulle campate lunghe il peso proprio della sovrastruttura domina il carico totale, quindi una trave più leggera riduce la richiesta di piloni, cavi e fondazioni e può estendere la campata principale realizzabile.
Eccezionale rigidità torsionale:la cellula chiusa resiste alla torsione dovuta al flusso di taglio attorno all'intero perimetro, controllando la distorsione sotto carichi di traffico eccentrici e vento.
Profilo aerodinamico:la forma piatta e aerodinamica riduce la resistenza e aumenta la velocità critica del vento per il flutter, che è essenziale per i ponti strallati e sospesi in regioni costiere o soggette a tifoni-.
Prefabbricazione negozio:i segmenti vengono fabbricati, provati-assemblati e abbinati-contrassegnati in fabbrica, il che riduce il-tempo di montaggio in loco rispetto alla costruzione in calcestruzzo gettata-in-posto.
Specifiche di fabbricazione tipiche
La tabella seguente è un punto di partenza per un'indagine sulla fabbricazione. Le dimensioni finali della piastra, i gradi di acciaio e i dettagli sono fissati dalla progettazione strutturale del progetto secondo la normativa vigente.
| Parametro | Gamma / opzioni tipiche | Norma/nota |
|---|---|---|
| Tipo di trave | Casella-singola o casella-multipla; profondità costante o variabile | Per progettazione strutturale |
| Durata | Travi continue da circa 30-200 m; travi di irrigidimento per ponti strallati e sospesi oltre i 200 m | Nessuna definizione globale unica di lungo-intervallo; disciplina il codice di progettazione applicabile |
| Gradi di acciaio | Q345q, Q370q, Q420q; S355J2, S355NL; ASTM A709 Grado 50/50W; JIS SM490C | GB/T 714; EN 10025-2/-3; ASTM A709/AASHTO M270; JISG3106 |
| Spessore della piastra | Piastre flangiate e piastre d'anima dimensionate mediante calcolo; le piastre spesse richiedono proprietà-di spessore (direzione Z-) per GB/T 5313 | Impostato dal calcolo strutturale |
| Preparazione della superficie | Sabbiatura fino a Sa 2.5 | ISO8501-1 |
| Sistema di rivestimento | Sistema multi-strato selezionato in base alla categoria di corrosività, ad es. primer ricco di zinco-, strato intermedio epossidico, rivestimento di finitura poliuretanico; o zincatura a caldo- | Categorie ISO 12944 C2-C5-M |
| Connessioni | Saldatura in officina (SAW/FCW) più giunzioni sul campo-bullonate ad alta resistenza | Qualità di saldatura conforme a EN 1090, ISO 3834, GB 50661 |
Metodi di montaggio per travi scatolari in acciaio- a campata lunga
Montaggio gru segmentale:i segmenti vengono sollevati da chiatte o da terra mediante gru galleggianti o terrestri e giuntati sul posto, tipico per campate medie e siti accessibili.
Lancio incrementale:i segmenti sono assemblati sulla riva o sulla spalla e spinti attraverso i pilastri con punte di lancio, adatte a travi continue sopra valli o acqua dove l'accesso delle gru è limitato.
Erezione a sbalzo (bilanciata):i segmenti vengono posizionati alternativamente dalle torri o dai pilastri verso l'esterno, il metodo standard per i ponti continui-strallati e-a lunga campata; la trave funge da sbalzo fino alla chiusura.
Sollevamento-dell'intera portata:dove il trasporto lo consente, intere campate o unità di grandi dimensioni vengono sollevate in posizione, riducendo al minimo le giunzioni in sito-.
Qualunque sia il metodo, l'assemblaggio di prova, la-marcatura e un manuale di montaggio preparato dal produttore riducono il rischio del sito e accorciano i tempi di costruzione.
Lista di controllo di selezione per gli acquirenti
Fornire il layout del ponte: disposizione delle campate, larghezza dell'impalcato, allineamento (diritto o curvo) e il codice di progettazione in vigore nel paese del progetto.
Definire i gradi di acciaio, compresi i requisiti di impatto (Charpy) per la temperatura di servizio.
Indicare l'ambiente di corrosione e selezionare il sistema di rivestimento nella corrispondente categoria di corrosività ISO 12944.
Confermare la lunghezza del segmento e i limiti di peso in base ai corridoi di trasporto e alle attrezzature di sollevamento disponibili.
Concordare il metodo di montaggio in modo che i dettagli di fabbricazione (punti di sollevamento, rinforzi temporanei, posizioni di giunzione) corrispondano alla planimetria del sito.
Specifica la documentazione QC: certificati dei materiali, rapporti di ispezione delle saldature (NDT), rapporti dimensionali, rapporti sullo spessore del rivestimento e rapporti di pre-assemblaggio in officina.
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Domande frequenti
Qual è la differenza tra una trave scatolare in acciaio e una trave in lamiera?
Una trave a piastre ha una sezione aperta a forma di I- composta da anime e piastre d'ala. Una trave scatolare chiude la sezione con un'ala inferiore, formando una cella cava. La cella chiusa conferisce alla trave scatolare una rigidità torsionale molto più elevata, motivo per cui le travi scatolari vengono utilizzate per allineamenti curvi, impalcati larghi e campate supportate da cavi lunghi-.
Perché sono preferibili le travi scatolari in acciaio per campate superiori a 200 m?
Oltre i 200 m circa, il peso proprio-di una sovrastruttura in calcestruzzo diventa una quota importante del carico totale e penalizza fondazioni, tralicci e cavi. Una trave scatolare in acciaio è molto più leggera, fornisce un'elevata rigidità torsionale e può essere ottimizzata per il vento, il che insieme rende possibili campate più lunghe.
Cos'è un impalcato in acciaio ortotropo?
Un impalcato ortotropo in acciaio è una sottile piastra d'acciaio irrigidita da nervature longitudinali ravvicinate (tipicamente nervature a U- chiuse) e paratie trasversali, che fungono contemporaneamente da flangia superiore della trave e della carreggiata. Consente un notevole risparmio di peso morto su campate lunghe, ma richiede un'accurata lavorazione dei dettagli a fatica delle saldature tra nervatura-e-ponte.
Quali qualità di acciaio vengono utilizzate per le travi scatolari in acciaio?
Le qualità comuni sono gli acciai per ponti cinesi Q345q, Q370q e Q420q secondo GB/T 714, i gradi europei S355J2 e S355NL secondo EN 10025 e i gradi statunitensi ASTM A709 Grado 50 / 50W. Gli acciai per ponti resistenti agli agenti atmosferici possono essere utilizzati in ambienti costieri per ridurre la manutenzione del rivestimento.
Come vengono collegati i segmenti della trave scatolare in cantiere?
I segmenti vengono uniti mediante saldature in stile-penetrazione completa-sulle giunzioni della flangia e dell'anima oppure mediante giunzioni bullonate-ad alta resistenza, a seconda del progetto e del codice. Le superfici corrispondenti vengono preparate in fabbrica, i segmenti vengono contrassegnati-dopo l'assemblaggio di prova e il montaggio segue il manuale di montaggio del produttore.
Quali sistemi anti-corrosione vengono utilizzati per gli ambienti marini?
Per i siti costieri e marini, le superfici vengono pulite con sabbiatura a Sa 2,5 per ISO 8501-1 e rivestite con un sistema selezionato per la categoria di corrosività ISO 12944, ad esempio primer ricco di zinco, rivestimento intermedio epossidico e rivestimento di finitura poliuretanico. I sistemi di deumidificazione interna possono essere specificati anche per interni a scatola chiusa.