摘要：本文主要针对钢绞线斜拉索HDPE护套管在施工中的下料长度的控制进行研究，重点分析了HDPE护套管的自重及温度变化两个因素对HDPE管成型长度的影响，并提出了一种HDPE护套管下料长度的计算控制方法。
关键词：钢绞线斜拉索；HDPE护套管；自重；温度；下料长度计算
1前言
1.1HDPE管应用于桥梁拉索外包护套的状况
“HDPE”，高密度聚乙烯，英文名称为“HighDensityPolyethylene”。HDPE管材的诸多优点：①抗静电、阻燃性能稳定。②重量轻，运输、安装方便。③耐腐蚀、不易结垢，使用寿命远远高于其他管材。④管材内壁光滑，具有自润滑性。⑤具有高柔韧性，不易断裂。
HDPE管材以其优越的性能，自1988年建成的广东九江大桥的拉索采用热挤PE套进行防护以后，几乎所有的斜拉索均采用PE护套防护方式[1]，其中主要包含热挤PE成品斜拉索与钢绞线+PE护套圆管斜拉索两种体系。本文针对钢绞线+PE护套圆管斜拉索体系进行论述。
工程中一般采用黑色或彩色的高密度聚乙烯护套料，在直接承受大气环境因素的作用下，应具有较好的抗老化寿命。其主要性能应不低于表1的技术要求。参照《建筑缆索用高密度聚乙烯塑料》CJ/T3078-1998[2]。
表1 HDPE管的性能参数
1.2斜拉索HDPE护套管构造
目前国内应用最为普遍的钢绞线+HDPE护套圆管斜拉索体系，作为斜拉索的外防护护套管应全覆盖索体，然而由于钢绞线穿索施工时护套管口必须预留一定长度的操作距离，因此斜拉索HDPE护套管均设计为上下两段嵌套式。考虑生产制造及施工便利性上段HDPE均设计为固定长度的标准节段（工程上一般称之为伸缩套管），下段HDPE护套管则根据具体工程实际需用长度减去工作预留长度计算得到（即为本文所要论述的下料控制段）。
1.3本文的主要研究内容
根据以往施工经验，部分已完工斜拉桥在运营过程中出现下段HDPE护套管脱出伸缩套管的现象（如图1所示），雨水会从脱口位置进入护套管内，导致防护失效。究其原因主要为施工安装时未考虑HDPE管的自重压缩影响以及温度变化引起的热胀冷缩影响。故本文主要针对斜拉索HDPE护套管在施工中的下料长度的控制进行研究，并提供了一种精确控制HDPE护套管下料长度的计算方法。
图1 HDPE护套管脱出伸缩套管示例图
2斜拉索HDPE管的工作原理
如图2所示，为方便施工安装，HDPE管必须预留足够的上下管口挂索操作空间。在使用工况下HDPE管会在自重作用下有一个压缩量，其次HDPE管的总长度会伴随环境温度的改变而变化。若PE管过长,升温时PE管可能会顶到索体端部固定挡板导致PE管弯曲,影响其力学性能和美观性；若PE管过短,降温时塔端PE管可能会滑脱于伸缩套管使索体内部结构暴露于空气中,造成锈蚀。工程实践表明PE管过短的状况更容易出现。
结合以上论述，在工程实际中，首先需针对具体工程设计确定伸缩套管长度，然后计算出合理的HDPE管下料长度。以下对HDPE管的下料长度控制进行进一步分析。
图2 HDPE管施工状态与成桥状态下的原理图
3自重及温度变化对HDPE管长度影响的理论分析
3.1自重对HDPE管长度的影响分析
如下图对斜拉索工况进行模拟力学分析：
图3斜拉索工况力学分析图示
推导HDPE管自重压缩长度计算公式为:
式中：
为自重压缩长度，L为PE管下料长度，E为PE管弹性模量，A为PE管横截面积，
为PE管密度，g为重力加速度，
为斜拉索与水平面夹角。
为了定量说明自重对HDPE管总长度的影响程度，现取100m长，与水平面夹角
的拉索进行试算。取表1中参数
，
。
由计算公式知自重压缩量与HDPE管长度的平方成正比关系，故当管长达到200m时，压缩量为
，此压缩变形量从施工控制角度来说可称之为巨大，因此计算HDPE管下料长度时必须考虑自重压缩因素。
3.2温度变化对HDPE管长度的影响分析
温度变化对HDPE管的长度影响体现为热胀冷缩，热胀冷缩变形长度计算公式为:
式中：
为管道长度变化量，
为热膨胀系数，
为计算温差。
为了定量说明HDPE管热胀冷缩的变形程度，取L=100m，工况极限温差
，
（由生产厂家实验测得，此处取经验值）进行试算：
由计算公式可知热胀冷缩变形程度与HDPE管长度成正比关系，此变形量从施工控制角度来说可称之为巨大，因此计算HDPE管下料长度时必须考虑温度变化对HDPE管总长度的影响。
4 HDPE管下料长度控制方法
图4某钢绞线斜拉索体系图示
如图4所示，设PE管的实际下料长度为L,L0为塔端与梁端锚点距离,L1为塔端预埋长度,L2为梁端预埋长度,L3为伸缩套管长度,L4为梁端防水罩长度，
为PE管与套管重合长度。
（1）极限低温时，考虑PE管与套管重合度
所要求的最小值有下式：
令
，
，ab为常数
则有
，
，
，
解此一元二次方程得：
①
结合实际情况舍去一个非真实值，即可根据①式得到PE管的实际最短下料长度。
（2）极限高温时，PE管不得触碰到结构体，有下式：
②
由于
值取的越大，解得的L值越大，故必须根据②式控制PE管的下料长度上限。
5结语
本文主要说明了广泛应用于斜拉桥钢绞线斜拉索体系的HDPE护套管在以往施工实践中存在的问题，论述了HDPE管计算下料长度时，考虑自重与温度因素的必要性，并且提供了一种斜拉索HDPE护套管下料长度的计算控制方法，笔者已通过多次的工程应用证明了该计算方法的正确性，对以后同类型工程具有参考指导价值。
参考文献
[1]易圣涛.斜拉桥拉索防护的现状[J].重庆交通学院学报.2000.6(2):12- 13
[2]CJ/T3078-1998建筑缆索用高密度聚乙烯塑料[S].
作者简介
韦洁（1992-），男，助理工程师，本科，主要从事预应力技术的研发及施工等方面工作。
论文作者:韦洁,黄建新,黄唤春
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/4
标签：护套论文; 长度论文; 拉索论文; 自重论文; 套管论文; 热胀冷缩论文; 伸缩论文; 《基层建设》2019年第10期论文;