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技師報於85年11月18日土木日創刊
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中華民國一○七年三月二十四日

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文字記者:許素梅

簡介一般用鋼纜

劉澤山  技師

工程施工中常需要作吊運材料或設備的工作,不論是吊掛或綑綁,一般常常使用到鋼纜。由於使用次數頻繁,關於鋼纜的基本認識,對於施工的安全或可靠度,至關重要。

鋼纜亦稱鋼絲索、鋼繩或是鋼索等,工地習慣稱之為鋼索。鋼索是由數條至數十條鋼線()或稱素線,纏繞組織成一股(strand),再由數股纏繞成一條鋼索。如圖1(a)是由6股,每股7條鋼線組成的鋼索,以6X7表示[2]。但根據不同的需求,鋼絲與每股皆因纏繞的方式不同,會表現出各種不同的特性。鋼絲與鋼絲間是以點狀接觸者稱為交叉撚,呈面狀接觸者稱為平行撚。交叉撚伸長率較低,平行撚耐磨損;以逆時針方向撚成者稱為S撚,反之則為Z撚。所以分別有鋼絲的SZ撚與各股組成鋼索時的SZ撚。合起來就有四種,如圖2所示。如果鋼絲撚法與鋼股撚法相反者,稱正常撚,如ZSSZ。相同者則稱蘭氏撚(LANG’S LAY)SSZZ。一般在現場看到的以ZS撚者較多,但蘭氏撚較為緊密,較正常撚強度高。

鋼線或鋼絲數量較少時,以單層方式撚成一股。鋼絲數量較多時,則必須纏繞多層。當層數一多時,鋼線間難免會有較大的縫隙,如果分別用不同線徑來做各層的纏繞時,可得較密貼的效果,故又稱緊密型(SEAL TYPE)(1 b)。但如果是同層間,以不同線徑的鋼絲纏繞,來達到密實效果者,則稱為華氏型(WARRINGTON TYPE)(1c)。如果將同層間較小線徑的鋼絲,改以纖維索(麻芯)填充時,則稱為填充型(FILLER TYPE)(1 d)。若將華氏型與緊密型合併,則成為華氏緊密型(1 e)

鋼索按照鋼線的強度,根據CNS[1]分成五種如表1,鋼絲的強度相當的高,所以鋼絲大都經過熱處理或冷加工的方法,來達到高的強度。但是鋼索表現出的卻是柔韌且可彎曲的性質。其主要的原因,就在於鋼絲與鋼絲間,以及每股間的伸縮滑動。所以鋼絲數越多或股數越多者越柔軟,但相對磨損也越快。滑動造成的摩擦會導致鋼索的磨耗,再加上鋼絲間與鋼股間的縫隙,容易造成外界有害物質的滲入,所以鋼絲與鋼股間的潤滑與保護,就相當的重要。

1(a)~(e),中間處並非空心,而是纖維芯或稱麻芯,作為各股線纏繞的中心。一般常見的鋼纜外圍纏繞的股線均為雙數,以使組成的鋼纜較接近圓形。麻芯除了保持各股的相對位置外,並充滿了保護及潤滑的油脂。一般潤滑使用石蠟油(紅色)或瀝青(黑色)一類的物質。在鋼索彎曲或受力伸長時,這些油脂就會因擠壓而向外滲出而起保護作用。當鋼索使用時間一久,當然油脂會逐漸耗盡,就必須以外加的方式,以避免鋼索生鏽及保護鋼索。如果在中心使用了鋼股或鋼索來代替纖維芯時,則稱為鋼纜芯鋼索,CNSIWRC(Independent Wire Rope Core)表示,例如圖1(f)所示。也有國外規範,會將中心以鋼索取代者,另以IWSC(Independent Wire Strand Core)標示。使用鋼纜芯鋼索,可得較佳的形狀穩定性與較低的伸長率。

鋼索的強度大約等於鋼絲強度的總和除以1.1~1.4。股數越多或採用鋼纜芯鋼索者係數較高。鋼索破壞強度(噸數)在一般情形下,可以直徑(mm)的平方除以20來估算。當然實際使用時,必須除以一定之安全係數。例如作為吊掛使用時規定取安全係數6[5],所以吊掛用鋼索所能承載的噸數,約等於直徑(mm)的平方除以120。也就是一條12mm的鋼索,可以負擔的吊掛荷重大約為1.2噸。

鋼索受力後不管是S撚或Z撚,基本上都會有旋轉的趨向,股數越多自轉性越大,蘭氏捻又大於正常撚,所以有所謂不自旋鋼索。在多層的鋼索中,將內外層的鋼股撚向相反。但這種方式,雖然可避免掉自旋的問題,但在內部的層與層間會發生一定程度的磨耗,因用目視在外觀上無法檢驗,使用上必須小心。一般檢驗不自旋鋼索,常以聽聲音的方式來辨別,也就是用手去彎曲鋼索,然後聽內部是否有雜音的方式,去辨識內部鋼絲是否有磨損的問題。

鋼索的檢查標準如圖3。其相關安全衛生規定[4]:一、撚間素線有10%以上截斷者;所謂一撚指鋼索一股旋轉360度的長度(六股的話就是六個間隔,照片1))。所以以一條6X7的鋼索來說,在這長度內有5條鋼絲斷掉,鋼索就要廢棄了。二、直徑減少公稱直徑的7%;也就是直徑10mm的鋼索,以游標卡尺量測時,如果只有9.3mm的話,鋼索就不能再使用了。不過請注意,鋼索直徑是以量測外接圓也就是最大的外徑才是正確的(4)。三、其他情況如扭結(Kink)、糾纏、嚴重鏽蝕或變形等情形時,使用上都有安全的顧慮。

參考資料

1. CNS 941 G3011 鋼纜」,中央標準局,104.7.15

2. 「松和工業股份有限公司型錄」。

3. IOSH安全資料表 鋼纜」,勞動部勞動及職業安全衛生研究所,103.6.10

4. 「職業安全衛生設施規則」,勞動部,103.7.1

5. 「起重升降機具安全規則」,勞動部,103.6.25


 

鋼纜線種類[1]

種類 標稱抗拉強度 裸鋼纜 鍍鋅鋼纜
N/mm2 (含鍍鋅後冷加工者)
E種 1320 O O
G種 1470   O
A種 1620 O O
B種 1770 O O
T種 1910 O  

 

 
照片鋼索的外觀及一捻的長度

 

1  (a)6X7的鋼索、(b)緊密型6XS(19)

(c)華氏型6XW(19)(d)填充型6XFi(25)(e)華氏緊密

6XWS(26)(f)緊密型鋼纜心IWRC 6XS(19)[2]

     
 
鋼索的撚法(由左至右ZS,SZ,ZZ,SS)   鋼索檢查標準
     
   
鋼索直徑的量測方法    

 

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