前言

鋼索材料末端之固定,通常是以經加工後之專用的金屬固定物來使鋼索與固定物間接合,因此,必須考量金屬固定物配件之強度與其接合效率,才能有效達到接合的目的。鋼索端部固定之方法若有不當或錯誤,鋼索將會無法承受載重,致脫落而產生重大事故,其重要性不言可喻。

鋼索末端為製成眼孔形狀 (見照片1)以供固定,其金屬連接物可依形狀、強度、使用數量、耐久性、接合效率及造價等條件,選用適當之材質及加工方法 (如切削成形、鑄鋼、鍛造等)來製作,金屬固定物大致上可分為下列7種連接方式。

1、套管固定:以合金或鉛,鑄入套管內固定之,此種連接方式接合效率約可達100%。
2、鋼索夾固定:加工或鎖固方法不當時,接合效率可能僅達50%以下。若固定方法正確,接合效率約可達80~85%。必要時尚可增加鋼索夾數量以提高接合效率。
3、楔形套管固定:加工或固定方法不當時,接合效率約在50%以下,若固定方法正確,接合效率約可提升達65~70%。
4、編織吊眼:不同直徑之鋼索,其接合效率亦不同。15mmψ以下鋼索之接合效率約可達95%;16mm~26mmψ鋼索之接合效率約可達85%;28mm~38mmψ鋼索之接合效率約可達80%;39mm以上鋼索之接合效率約可達75%。
5、單套頭油壓壓縮接合:將鋼索同心插入套頭內,以油壓機壓縮緊密接合,其接合效率約可達100%。
6、套管油壓壓縮接合:將鋼索套以鉛合金管,採油壓機壓縮緊密接合,接合效率約可達95%。
7、鋼索末端拉出加工做成末端為鳥嘴狀索環 (beaket) 法。
本文針對第2種以「鋼索夾固定」之方法,介紹其施工鎖固方法,供工程師設計及施工參考,若有錯誤不當之處尚請工程先進不吝指正。

「鋼索夾」固定要點

以全新「鋼索夾」(美式鋼索夾見照片1) 握持固定鋼索,其接合效率約可達全新鋼索斷裂強度80~85%,但鋼索尾端須配置有嵌環(thimble),用以防止鋼索過度磨損,並藉以提高承壓強度。鋼索末端以「鋼索夾」握持固定鋼索末端之加工方式屬最簡便的方法,但是若夾持方法錯誤,鋼索將會發生滑脫,致產生重大事故。鋼索夾鞍座夾具上之螺帽鎖固時須以扭力扳手鎖緊至U形螺栓之斷裂強度的三分之二,且應避免過度鎖緊,以防螺牙超過降伏強度而產生塑性變形。各鋼索夾間之最小淨距離,至少應大於一個鋼索夾之基部寬度。若增加使用鋼索夾數目以提高接合效率,則鋼索尾端回繞(turn back)之長度亦須配合增加,以符合鋼索夾間之最小淨距之需求。若使用滑輪(pulley)取代嵌環,則須配合增加一個鋼索夾及相應之回繞長度。

對「鋼索夾」握持固定鋼索之安裝步驟,依據美國鋼鐵公司 (United States Steel Corporation) 技術資料所建議之鎖固方法如下。

1、鋼索尾端須有足夠之回繞之長度,供配置全數鋼索夾。
2、安裝時,首先於距鋼索回繞之尾端 (dead end)一個鋼索夾基部寬度之處,配置第一個鋼索夾。將鋼索夾之U形螺栓應繞於鋼索尾端回繞 (終端) 側,鞍座夾具及螺帽應配置於鋼索主線側 (live end),將二個螺帽依規定之扭矩平均鎖緊(鎖緊扭矩見表1所示)。
3、其次,將第二個鋼索夾配置於接近嵌環尖端處,鋼索夾之U形螺栓繞於鋼索尾端回繞側,並將螺帽用手鎖緊在鞍座夾具上,暫時不能以扭力板手鎖固。
4、然後在先前配置之二個鋼索夾之間,以平均間距配置其餘鋼索夾 (鋼索夾數目見表1所示),各鋼索夾間之最小淨距離,至少應大於一個鋼索夾之基部寬度。並將螺帽用手鎖緊在鞍座夾具上,暫時不能以扭力板手鎖固。
5、將全部鞍座夾具上之螺帽,依序均勻鎖固至規定之扭矩(達U形螺栓之斷裂強度的2/3之張力)。注意:U形螺栓之螺牙不得塗以潤滑油,以免過度鎖緊致螺牙變形或斷裂。
6、當鋼索初次施加載重後,鋼索在承受張力狀態下,U形螺栓之螺帽須再次鎖緊至規定之扭矩,以補償鋼索承受載重後,鋼索直徑或斷面積有任何縮減之情況。
7、重複檢測螺帽鎖緊狀況,將U形螺栓鞍座夾具上之螺帽鎖緊至規定之扭矩(鋼索夾索固狀況見照片2;鎖緊扭矩值見表1所示)。
表1:鋼索夾裝置參數參考基準[1]

鋼索徑(mm) 適用鋼索夾規格 鋼索規格∕鋼索夾裝設數量 裝設間距 (cm) 鋼索規格∕
鎖緊扭矩 (kgf-cm)
鍛造品 可替性品 6×7 6×19 6×24 6×7 6×19 6×24
6×37 6×37
10 FR-10 MR-10 6 5 4 7 220 190 160
12 FR-12 MR-12 6 5 4 8 340 290 240
14 FR-14 MR-14 6 5 4 9 530 460 380
16 FR-16 MR-16 6 5 4 10 740 640 530
18 FR-18 ---- 8 7 5 12 950 820 680
20 FR-20~22 ---- 8 7 5 13 1180 1010 840
24 FR-24~25 ---- 8 7 5 16 1690 1450 1210
26 FR-26~28 ---- 8 7 5 17 1960 1680 1400
30 FR-30~32 ---- 9 8 6 20 2660 2280 1900
36 FR-33~38 ---- 11 9 7 23 3720 3190 2660
40 FR-40~45 ---- 11 9 7 26 4720 3660 3050
47.5 FR-47~50 ---- 12 10 8 31 5670 4860 4050
53 FR-52~54 ---- 15 12 9 35 6440 5520 4600
60 FR-56~60 ---- 15 12 9 39 7700 6600 5500

 不當之鎖固方式

鋼索端部固定之方法若有不當或錯誤,鋼索將會無法承載致脫落而產生重大事故,因此對不當之固定方式應隨時注意,避免發生錯誤。對下列常發生之不當固定方式應盡力避免之。

1、 相鄰鋼索夾之配置方向,採交替互調配置者(照片3),此為常見之不當裝置方式,一般會誤以為鋼索夾之方向交替配置可防止滑脫。
2、 鋼索夾之U形螺栓全數繞於主線側 (live end),鞍座夾具及螺帽全數配置於尾端回繞側。此種裝置方式與正確之裝置方向正好全數相反。
3、 尾端未配置嵌環,配置嵌環之目的為防止鋼索過度磨損及提高承壓強度。照片3中之嵌環形狀未能與支壓座桿之形狀配合,致未能充分達到防止鋼索過度磨損及提高承壓強度之目的。
以上方式均屬不當之鎖固方法,應避免之。
結語

鋼索末端以「鋼索夾」握持固定鋼索末端之接合方式,雖是為最簡便的方法之一,但是若夾持方向配置不當或錯誤,或鎖固扭矩不足,鋼索恐將會發生螺栓鬆落、鋼索滑脫、鋼索斷裂等現象,致產生重大事故。另外,以全新「鋼索夾」握持固定全新鋼索,其接合效率亦僅約可達全新鋼索斷裂強度80~85%,且鞍座夾具上之螺帽須鎖緊達U形螺栓之斷裂強度的三分之二,及鋼索尾端須配置嵌環,以防鋼索過度磨損及提高承壓強度,如此才能發揮接合效果。鋼索末端(dead end)應以油壓壓緊套管或以熱縮套管收尾,以防鋼索末端分岔。工程師設計時必須特別注意鋼索夾之接合方法及安裝規定,尤其須注意接合效率是否能達鋼索之全強度,以免誤用而影響結構物安全性。

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照片1:美式鋼索夾(摘自網路)

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照片2:鋼索夾索固狀況

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照片3:相鄰鋼索夾之方向交替互換配置屬不當之鎖固方式。
【參考文獻】

1.“鋼索技術資料”九春工業有限公司。
2.“設計技術資料”United States Steel Corporation USS。
3.“吊構造”,日本鋼構造協會,コロナ社。

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