(1)接头构造的缺陷 钢轨接头构造的缺陷有轨缝、台阶(动载条件下的高低错台)、折角,使车轮通过时引起附加动力荷载,具有冲击荷载性质。这些冲击附加力为正常轮载的2至3倍。冲击力的作用使钢轨端部、夹板挠曲,使钢轨顶面、夹板及连接零件磨耗。由于轨缝的存在,车轮通过钢轨接头时,驶入端高于驶出端产生台阶,产生接头下陷形成的折角。三种情况是同时出现的,以轨缝存在为前提,是车轮通过接头产生冲击动力荷载的主要因素。冲击附加动压力的大小与轮重、轮径、行车速度及接头状态有关。冲击附加动压力与轨缝、阶、折角的关系表现为:①在轮重、轮径及行车速度相同情况下,与轨缝大小成线性关系,缝越大,附加动压力越大。在重载的情况下,大轨缝的危害更加严重。②车轮的下向动力冲击速度与台阶高度平方根成正比,与车轮半径平方根成反比。由于车辆轮半径小,列车编组中车辆占绝大多数,就车轮的动力冲击作用,车辆比机车要大得多。若存在静态的钢轨接头错台,相错量越大,车轮的动力冲击作用越大。③对于存在折角的钢轨动力接头,下向冲击速度与轨道刚度成正比,与轨端下沉量成正比,与行车速度成正比。
(2)钢轨接头部位道床变形原因
普通轨道的结构形式必然产生轨道变形。轨道变形分为弹性变形和永久变形,其中道床变形是轨道产生永久变形积累的主要来源。
在机车车辆的荷载压力与振动冲击作用下,引起道床松动和不均匀下沉,进而形成不平顺轨面,与钢轨接头构造上的缺陷叠加所引起的具有冲击性质的附加动力是正常轮载的4至5倍,使轨头内部剪应力、局部应力及弯曲应力增加明显,大幅度减少钢轨所能承受的荷载循环次数,缩短了钢轨使用寿命。钢轨接头的缺陷及轨面的不平顺,加快了道床的振动频率,形成强迫振动,使道碴颗粒间的摩擦系数减小,道床弹性减弱,刚度增加,是钢轨接头溜坍、空吊、板结、翻浆冒泥及轨枕破坏等接头病害发生的主要原因。钢轨接头是轨道结构的薄弱环节,其原因在于轨结构的组合性和散体性与接头构造上的非连续性。