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高处作业水平安全绳实用标准的设计与研究

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2020年4月19日
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高处作业水平安全绳实用标准
的设计与研究

黄泽明 王政源

广东火电工程总公司 广东省电网公司
内容提要：
在电力建设施工过程中，大量存在高处作业和临边作业。施工人员在平面内移动时，都必须扣好安全带，防止发生坠落的安全责任事故。在结构尚未完善时，安全带扣在哪里是关键问题。实践中采用的水平安全绳作为扣挂安全带的大跨度软梁，是有效的方式之一。经过分析和阐述水平安全绳的受力状态，指出水平安全绳计算应采用抛物线理论的计算模型计算出最大张力，然后确定和规范水平安全绳的选用和使用条件，建立实用标准，能够保证防止高处坠落的第一道防线可靠和有效。

关键词：
水平安全绳 实用标准
1.前言 
在电力建筑安装作业中，大量存在高处作业和临边作业。不论是土建作业或是设备安装作业，施工人员高处作业在平面内的移动防护，都需要有安全带保护，以防止发生坠落事故。这是防止施工人员高处坠落的第一道防线。然而在结构尚未完善、构造物不具备扣挂安全带的地方，安全带扣挂在哪里才能防止坠落，需要设计安装简便，使用可靠的形式。实践中采用了两端固定的钢丝绳作为软梁，即采用了¢13-6×37+1钢丝绳，固定两端，中间部分作为扣挂施工人员的安全带之用。然而由于水平安全绳的强度与负荷的大小、跨距、钢丝绳的抗拉强度以及直径结构都有密切的关系。必须经过计算，才能正确的选择合适的钢丝绳。当前国内电力建设单位尚未有关于高处作业水平安全绳的企业标准。因此，有必要设计和研究大跨度的水平安全绳使用标准，供施工人员扣挂安全带使用。既明确和规范水平安全绳的使用条件，以保证施工人员发生坠落意外时得到保护。 
2.基本假设
从工程安全性和精度需要，水平安全绳的张力计算能够采用抛物线理论推导张力计算公式，这种状况一般采用以下的假设。 
2.1符合可变形固体的连续性假设和均匀性假设；虽然是软梁，可视作简支梁。而且主要受轴向张力。 
2.2实用中水平钢丝绳的最大工作垂度fmax是弦长的（1/15～１/2０），弧长与弦长相差较小，能够假设自重延弦长均匀分布； 
2.3确定安全带高挂低用，而且安全带的保护绳长仅1.2米,实际冲击高度较小（1米以内），因此冲击力相对张力较小,因此仅对水平安全绳进行静力计算，不考虑冲击影响； 
2.4采用U型卡环在水平安全绳上滑动，水平安全绳受力接触点为圆柱体，局部弯曲较小。 
3.水平安全绳的受力分析及计算及选用 
水平安全绳是在两支柱或二个固定点之间，架设钢丝绳作为软梁，并保持一定的小垂度，施工作业人员在这条软梁上经过U型卡环扣挂安全带，以防止发生高处坠落的恶性事故。水平安全绳除自身的重量外，受力时承受集中载荷。 力学模型受集中载荷后，内部产生较大的张力。水平安全绳直径的大小，与跨度、垂度和集中载荷有直接的关系。水平安全绳张力计算如果采用悬链曲线理论，假定负荷在曲线上均匀分布，这种计算较为精确，但计算过程复杂。实际运用中采用抛物线理论，假定负荷在弦长上均匀分布，这种转换精度实际上已满足工程的需要⑴。
因此，我们计算水平安全绳张力的计算简图如下： 
计算出水平安全绳最大张力Tmax的大小，结合安全系数、跨距等参数来选用钢丝绳。 
q:钢丝绳的自身的重量； 
L：水平安全绳的跨距； 
Q：集中载荷； 
fmax: 钢丝绳的垂度；

按照抛物线理论推导出最大的水平张力Hmax，保持垂度famx为（1/15~1/20）L，L为钩挂安全带水平钢丝绳的跨距。计算公式(1)如下。

4.根据以上钢丝绳的选用计算步骤，选择几种跨距和集中载荷的实例如下表,（钢丝绳的抗拉强度1400Mpa）为例。

经过以上表1至表4第三行，我们能够看到，每一种规格的水平安全绳当Q增加1个人的重量时，即便在跨距为2米的情况下，水平安全绳的内力就超过许用的拉力[T]，处于不安全状态。 
5.水平安全绳的使用条件 
5.1扣挂安全带的方式扣挂安全带时，不能直接用安全带的金属钩直接扣挂在水平绳上，防止金属钩与水平绳冲击造成钢丝绳局部受尖角接触，受力过大的破坏，必须采用U型卡环，作为安全带金属钩与水平钢丝绳的过渡。同理，也不能用安全带绳子部分与水平安全绳相扣，防止绳股中的细丝相互弯曲过大套接后受力断裂。 
5.2两端固定的方式 
5.2.1水平安全绳两端采用绳卡固定时，绳卡的数量必须按《电力建设安全规程》中表10.5.1-2的要求设置。绳卡间距不得小于钢丝绳直径的6倍。

5.2.2两端以钢架立柱作为固定点时，绳与立柱之间要垫物，以防绳的磨损。如果以钢架连接孔连接时，应采用足够强度的卡环或连接销连接。 
5.2.3每一条水平安全绳要独立设置。不得因为长度不够采用绳卡搭接，或相互套挂连接。 
5.2.4水平安全绳一端与卡环连接固定时，绳端环眼要有套环。以防钢丝绳过度弯曲和磨损。
5.2.5如果某一条水平安全绳（简称A绳）的一端需要固定在另一条水平安全绳（简称B绳）。那么B绳承受的负荷要加上A绳的最大张力，核算B绳的最大张力是否符合许用张力。如果在许用范围内，A、B绳连接时必须采用U型卡环。A绳的端头与U型卡环连接应有绳眼。 
5.2.6每一条钩挂安全带水平钢丝绳应有标识。根据计算荷载，必须明显标识允许同时吊挂几个人作业。严禁超荷载使用。 
5.2.7卡环的选用可按卡环的许用负荷及结构选用。即首先考虑许用拉力，然后要考虑卡环的直环内部尺寸，能够放进水平安全绳。推荐的钢丝绳上个人扣挂安全带选用卡环如下表：

6．结论： 
以钢丝绳作为扣挂安全带的软梁,对于构架尚未完善的施工环境,是一个简便的方法,可是要充分认识和保证水平安全绳的抗拉强度在许用范围内,以及保证水平绳两端的固定方式、安全带扣挂在水平安全绳上的方式均在控制范围内的条件下，才能保证意外发生时,水平安全绳和施工人员安全带，这二者构成的第一道防线处于安全状态，才能真正起到保护作用。

参考文献 
⑴周玉申  缆索起重机设计[M] .北京.机械工业出版社,1993. 
⑵《电力建设安全工作规程》DL5009.1-  
⑶黄松和,沈锐利  木屑溪大桥大吨位缆索起重机设计     
作者：黄泽明，男，1956年，高级工程师。主要从事起重运输专业。