Cálculo de la carga de viento en grúas puente: Guía completa sobre velocidad y presión del viento y límites de diseño.

El cálculo de la carga de viento de una grúa aérea es uno de los aspectos más importantes del diseño estructural de la grúa y de su operación segura al aire libre. Ya sea diseñando una grúas aéreas, grúas pórticoEn grúas pórtico, grúas móviles de neumáticos o grúas portacontenedores de muelle, los ingenieros deben determinar con precisión la velocidad y la presión del viento de diseño, así como los límites de viento de operación, para garantizar la resistencia estructural, la estabilidad y el rendimiento antivuelco. Los cálculos incorrectos de la carga de viento pueden provocar una tensión estructural excesiva, el descarrilamiento, el deslizamiento o el vuelco de la grúa, o daños graves en el equipo durante vientos fuertes o condiciones de tifón.

Esta guía explica los principios de ingeniería que sustentan el cálculo de la carga de viento en grúas, basándose en las normas GB/T 3811-2008, GB/T 6067.1-2010, GB/T 28591-2012 y GB/T 43237-2023, e incluye fórmulas de presión del viento, conversiones de velocidad del viento, clasificaciones de la fuerza del viento según la escala de Beaufort, categorías de tifones y límites de velocidad del viento de funcionamiento para diferentes tipos de grúas.

1. Requisitos del anemómetro y la alarma de velocidad del viento

1. Para grúas de gran altura instaladas al aire libre, se deberá instalar un anemómetro en una posición elevada a barlovento de la grúa. (GB/T 6067.1, Cláusula 9.6.1.1)
2. Las grúas de gran altura instaladas al aire libre deberán estar equipadas con un dispositivo de alarma de velocidad del viento que muestre la velocidad instantánea del viento y emita una señal de alarma cuando la fuerza del viento supere el umbral de velocidad del viento de diseño para su funcionamiento. (Cláusula 9.6.1.2)
3. Se prohíbe el uso de la grúa cuando la velocidad del viento supere la velocidad máxima de trabajo especificada por el fabricante. (Cláusula 17.1)

2. Velocidad del viento de diseño y presión del viento de diseño

La presión del viento de diseño en servicio se divide en dos niveles:

• pⅠ — presión del viento de diseño en condiciones normales de funcionamiento, utilizada para la selección de la potencia del motor (cálculo de resistencia y verificación térmica)
• pⅡ — presión máxima de viento de diseño en servicio, utilizada para comprobaciones de resistencia, rigidez y estabilidad de los componentes estructurales, verificación de la capacidad de sobrecarga del accionamiento y estabilidad antivuelco y seguridad antideslizante en servicio.

pⅠ = 0,6 × pⅡ

La presión de viento de diseño fuera de servicio pⅢ es la presión máxima que la grúa debe soportar cuando no está en funcionamiento. Se utiliza para comprobaciones de resistencia fuera de servicio, verificación de estabilidad antivuelco y el diseño de abrazaderas de riel, dispositivos de anclaje y traviesas de tormenta.

La relación fundamental entre la presión del viento y la velocidad del viento (aplicable tanto a condiciones de servicio como de inactividad):

p = 0,625 × Vs²

Relación de conversión claveLa velocidad del viento de diseño Vs corresponde a una ráfaga de 3 segundos medida a 10 m de altura en terreno abierto. En condiciones de servicio, Vs = velocidad media del viento de 10 minutos × 1,5 (véase la Tabla 3). En condiciones fuera de servicio, Vs = velocidad media del viento de 10 minutos × 1,4 (véase la Tabla 4). La velocidad media del viento de 10 minutos es la referencia de la escala meteorológica de fuerza del viento.

La derivación del núcleo

Según las Tablas 2 y 3, para grúas que operan en condiciones normales de viento:

• Presión máxima de diseño del viento: 250 N/m²
• Velocidad máxima de diseño del viento (ráfaga): 20 m/s
• Fuerza del viento correspondiente: Fuerza 6

Por eso, la alarma de velocidad del viento debe activarse a fuerza 6: es la velocidad límite de ráfaga para la que se diseñaron la estructura y la estabilidad de la grúa en condiciones normales de funcionamiento.

Según la Tabla 4, para grúas terrestres en estado fuera de servicio:

• Presión mínima de diseño del viento fuera de servicio: 500 N/m²
• Velocidad mínima de diseño del viento para la puesta fuera de servicio (ráfaga): 28,3 m/s
• Fuerza del viento correspondiente: Fuerza 8

Por eso, la grúa debe estar anclada a fuerza 8; es la condición mínima de diseño para la inmovilización de grúas fluviales.

3. Clasificación de la escala de fuerza del viento

3.1 Terminología

• Velocidad del vientoDistancia horizontal recorrida por el aire por unidad de tiempo. Unidades comunes: m/s, km/h o nudos. (GB/T 28591-2012)
• fuerza del vientoIntensidad del viento, comúnmente expresada en números de la escala de Beaufort. La escala de Beaufort se utiliza internacionalmente. (GB/T 28591-2012)

3.2 Escala de fuerza del viento

Según GB/T 28591-2012 Escala de fuerza del vientoLa fuerza del viento se clasifica en 18 niveles: del 0 al 17.

3.3 Escala de Beaufort de fuerza del viento

La escala de Beaufort fue ideada por Francis Beaufort (1774-1857) en 1805 y ampliada en 1946. Esta escala correlaciona los niveles de fuerza del viento con las características observables de la superficie terrestre.

4. Clasificación de tifones

Los tifones se clasifican en cinco niveles de intensidad: tormenta tropical, tormenta tropical severa, tifón, tifón severo y supertifón. Las velocidades máximas medias del viento cerca del centro y las características correspondientes de la superficie terrestre se detallan en la Tabla 7.

5. Límites de velocidad del viento para el funcionamiento de grúas según el tipo.

NotaLas velocidades del viento indicadas en los puntos 1 a 12 anteriores corresponden a velocidades de diseño, es decir, velocidades de ráfaga de 3 segundos, que son 1,5 o 1,4 veces superiores a los valores de referencia de la clasificación de fuerza del viento meteorológico. Para los tipos de grúa no incluidos en la lista, consulte la norma de producto aplicable.

6. Resumen del cálculo de la carga de viento en grúas puente

7. Cálculo de la carga de viento en grúas puente: Conclusiones clave de ingeniería

El cálculo preciso de la carga de viento en grúas puente es fundamental para el diseño, la operación y el mantenimiento seguros de los equipos de elevación en exteriores. Al determinar correctamente la velocidad y la presión del viento de diseño, las combinaciones de carga y los límites de viento de operación, los ingenieros pueden optimizar el diseño estructural, mejorar la estabilidad antivuelco y seleccionar los dispositivos de protección contra el viento adecuados, como anemómetros, abrazaderas para rieles, sistemas de anclaje y amarres para tormentas. Comprender la relación entre los datos meteorológicos del viento, la presión del viento de diseño y las condiciones de operación de la grúa es igualmente importante para prevenir fallas relacionadas con el viento y garantizar operaciones de elevación seguras.

Siguiendo los métodos de cálculo y los requisitos de diseño especificados en GB/T 3811, junto con las disposiciones de seguridad de GB/T 6067.1 y las normas aplicables para grúas, los fabricantes, diseñadores y equipos de mantenimiento pueden establecer procedimientos fiables de evaluación de la carga de viento para grúas puente, grúas pórtico, grúas RTG, grúas RMG, grúas de muelle y otros equipos de elevación para exteriores. Un cálculo adecuado de la carga de viento no solo mejora la seguridad operativa, sino que también prolonga la vida útil del equipo y aumenta su fiabilidad a largo plazo en condiciones ambientales adversas.

Normas de referencia principales(Consulta sobre las normas chinas para grúas):

• GB/T 6067.1-2010 Normas de seguridad para aparatos de elevación — Parte 1: Generalidades
• GB/T 3811-2008 Reglas de diseño para grúas
• GB/T 43237-2023 Guía pública para la prevención de desastres meteorológicos — Tifón
• Escala de viento GB/T 28591-2012

cristal

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