60 kg/m鋼軌膠接絕緣接頭疲勞性能關鍵因素研究與優化

2021-12-10 10:22:24許森森

鐵道建筑技術 2021年11期

許森森

(中國鐵建重工集團股份有限公司道岔分公司湖南株洲 412005)

1 引言

按照《鋼軌膠接絕緣接頭》(TB/T 2975—2018)中規定，型式試驗包括接頭整體剪切試驗以及疲勞試驗等。制造工廠應對60 kg/m鋼軌膠接絕緣接頭進行疲勞性能試驗[1]7。

標準中規定接頭在疲勞試驗中，跨中截面向上和向下最大位置之和f試件不超過相同斷面鋼軌在相同試驗條件下測試值f鋼軌的110%，為合格[1]5。

實際生產中，各鋼軌、夾板、絕緣材料均符合標準要求，但疲勞試驗有不合格情況發生。

目前國內大連鐵聯鐵路器材制造有限公司[2]、上海鐵路局科學技術研究所[3]等機構以及李敏[4]、張建強[5]、余澤西[6]、馬戰國[7]、李培坤[8]等人均對膠接絕緣接頭結構上進行了創新性研究與分析，李存榮等[9]基于Grubbs_ARMA模型開展了鋼軌膠接絕緣接頭變化預測研究，但以上研究均未分析膠接絕緣接頭疲勞性能影響因素以及相應的改進措施。

因此急需探究影響60 kg/m鋼軌膠接絕緣接頭疲勞試驗的關鍵因素并做出相應改進，確保疲勞試驗合格。

2 關鍵因素研究

2.1 膠接接頭結構以及疲勞試驗方法

鋼軌膠接絕緣接頭由絕緣膠接組件(槽板、端板、套管)、高強螺栓組件(螺栓、平墊片、螺母)、夾板、鋼軌組成，采用一定的膠接工藝將絕緣槽板加熱固化，形成絕緣膠接，在高強螺栓組件緊壓下，鋼軌、夾板膠接成一整體結構[1]1－2。

膠接接頭的疲勞壽命試驗采用兩點加載方法。試件長度為100 cm與70 cm兩根60 kg/m鋼軌膠接而成，在試件的跨中截面A加載P1，端部截面B加載P2，P1和P2的最小載荷2.5 kN，最大載荷200 kN。試件支距為100 cm，A、B間距為75 cm。按正弦波往復加載，每往復加載5×105次測定跨中截面的向上和向下位移值，直至往復加載2×106次[1]6。

2.2 關鍵因素研究

參考廠制60 kg/m鋼軌膠接絕緣接頭常見問題[10]，結合膠接接頭的疲勞特性，本文從螺栓力學性能與松動、接頭外觀、夾板力學性能、膠層厚度等因素分析。

2.2.1 螺栓力學性能與螺栓松動

膠接接頭螺栓采用10.9級及以上螺栓，螺栓組件技術條件符合《鋼結構用高強度大六角頭螺栓、大六角螺母、墊圈技術條件》(GB/T 1231—2006)要求[11]，廠內扭矩為960 N·m。測試某一疲勞試驗不合格試件的螺栓扭矩，發現有3個螺栓出現松動，螺栓均為非相鄰螺栓，扭矩在800 N·m。緊固后重新進行加載，位移同樣超過標準要求。由此可見，螺栓松動不是影響疲勞試驗的關鍵因素。

2.2.2 膠接接頭平直度

標準中規定時速>200 km/h線路，軌頂面垂直方向最大偏差≤0.2，軌頭側面水平最大偏差不超過±0.2[1]4。檢測某一疲勞試驗不合格試件的平直度，平直度偏差均≤0.2。由此判定接頭平直度不是影響疲勞試驗的關鍵因素。

2.2.3 鋼軌與夾板力學性能

鋼軌與夾板力經取樣進行力學性能試驗，均滿足相關標準要求，由此可排除鋼軌與夾板力學性能影響接頭疲勞試驗不合格。

2.2.4 膠層厚度

膠層材質為環氧樹脂玻璃布，抗拉強度約為400 MPa。夾板材質一般為55鋼，其抗拉強度≥785 MPa[12]；鋼軌的抗拉強度 >1 000 MPa[13]。膠層遠遠低于夾板與鋼軌的抗拉強度。在規定載荷加載下，膠層處易被壓縮變形，造成接頭整體變形較大。

對疲勞不合格試件在接頭兩端、中間處進行取樣，分別測量鋼軌下顎1∶3斜度處、軌腰、軌肢 1∶3斜度處膠層厚度，如圖1所示。膠層厚度分布如表1所示。