JP2010143354A - 鉄道車両の車体構造 - Google Patents

Abstract

【課題】重量の増大を抑え、内装の見栄えを低下させずに、側構体部および屋根構体部間を十分に補強でき万一の場合の乗客の安全が図れるようにする。
【解決手段】側構体部２、屋根構体部３がコーナ部４を有して繋がり、側構体部２の補強材９のコーナ部４近傍に荷棚１１を支持する荷棚受１２を取り付けた胴部５を持つ鉄道車両の車体６であって、荷棚受１２は、側構体部２の補強材９から屋根構体部３の補強材８のコーナ部近傍に渡して双方に一体化し、それら補強材８、９間を連結したことにより、上記の目的を達成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両の車体構造に関し、特に、側構体部および屋根構体部間の偏荷重に対する強度を高めた鉄道車両の車体構造に関するものである。

鉄道車両の車体は、台枠部、側構体部、屋根構体部を持った胴部を有し、この胴部の両端部は図示しない妻構体で閉じられる。台枠部、側構体部、屋根構体部のそれぞれは四隅のコーナ部を挟んで繋がった箱形状をなしている。多くの場合、予め個別に製作した台枠部、側構体部、屋根構体部、妻構体を、ボルト類や溶接など各種の方法で接合して製作され、それぞれの構造や形状の違いに応じた通常設計がなされる。

このような、通常設計とは別に、特別な場合の安全性、つまり衝突時の安全性向上のために、車体の先頭部につき、台枠部、側構体部、屋根構体部、妻構体部毎の隅角部を補強する技術も知られている（例えば、特許文献１、２参照）。

一方、本出願人は、側面荷重に対する強度をも高める必要を認め、車体の長手方向各部で、胴部のコーナ部を挟んだ、台枠部および側構体部の部分間、側構体部および屋根構体部間、の一方または双方を、胴部における長手方向の途中複数個所を必須として連結部材にて連結した車体構造を先に提案している（例えば、特許文献３参照。）。

これにより、車両の横転時、他車両の側方からの衝突時、車両の横方向での他への衝突時などに受ける側面荷重に対する車体強度がその先頭部以外においても向上する。
特開２００２−７９９３９号公報 特開２００５−５３３０６号公報 特開２００７−１６１０８４号公報

ところで、車体の構体に働く荷重としては、車両の通常使用時に作用する垂直荷重、連結器圧縮荷重、捩り荷重などの他に、衝突などの非常時に作用する長手荷重、側面荷重、屋根荷重、斜め荷重、偏心側面荷重などがあげられる。これらのうち、側面荷重、屋根荷重、特に、図５に示すような上側に偏心した側面荷重Ｆ１、片側に偏心した屋根荷重Ｆ２、斜め荷重Ｆ３は、車体断面を菱形に変形させる原因になりやすく、居住空間、生存空間を実線で示す状態から破線で示す状態に狭める。これをどのような場合でも抑えて必要な大きさの空間を確保することは、乗客、乗員にとっての重要なサバイバルファクターになる。

これには、特許文献３に記載の連結部材による補強連結部の箇所を増せば対応できる。しかし、特許文献３に記載のもののように、専用の連結部材を用いた補強連結部の増設は、車体全体の重量アップ、走行負荷の増大となるし、コストアップにもなる。また、特許文献３に記載の連結部材は、車体の内装面から内側に張り出すように設けられるので、その数が増えるほど荷棚の端部に位置を合わせるなど、目立たない位置を選べない位置が増え内装の見栄えに影響する。

本発明の目的は、重量の増大を抑え、内装の見栄えを低下させずに、側構体部および屋根構体部間を十分に補強でき万一の場合の乗客の安全が図れる鉄道車両の車体構造を提供することにある。

上記のような課題を達成するために、本発明の鉄道車両の車体構造は、側構体部、屋根構体部がコーナ部を有して繋がり、側構体部の補強材の前記コーナ部近傍に荷棚を支持する荷棚受を取り付けた胴部を持つ鉄道車両の車体構造において、荷棚受は、側構体部の前記補強材から屋根構体部の補強材の前記コーナ部近傍に渡して双方に取り付け、それら補強材間を連結したことを１つの特徴としている。

このような構成では、胴部の側構体部および屋根構体部間のコーナ部での、内装材が覆う荷棚受は、内装材に内側から当てがった荷棚の支持に供する一方で、側構体部の補強材の前記コーナ部の近傍から屋根構体部の補強材の前記コーナ部の近傍まで渡って双方に一体化し、それら補強材間を連結する連結部材をなしており、万一にも車体に断面を菱形に変形させる荷重が働いたときにコーナ部に集中する応力を荷棚受全体に分散、吸収しながら、連結部間が縮小することには圧縮応力にて、拡大することには引っ張り応力にて、それぞれ抗し、前記変形を防止する作用を内装材の内側で営む。また、荷棚は、車体の出入り口部を除く側窓設置域に対応した車体長手方向のほとんどの範囲に位置し、荷棚設置範囲にある補強材の多くに、または全てに荷棚受を取り付けて荷棚の荷重を分担支持する関係から、側構体部および屋根構体部間の補強に、荷棚受以外の専用の連結部材を併用する数を大幅に減らすか無くすことができる。

また、本発明の鉄道車両の車体構造は、側構体部、屋根構体部がコーナ部を有して繋がり、側構体部の補強材の前記コーナ部近傍に荷棚を支持する荷棚受を取り付けた胴部を持つ鉄道車両の車体構造において、荷棚受は、側構体部の縦向きの補強材の前記コーナ部近傍から屋根構体部の幅方向に向く補強材の前記コーナ部近傍に渡して双方に一体化し、それら補強材間を連結したことを別の特徴としている。

このような構成では、胴部の側構体部および屋根構体部間のコーナ部での、内装材が覆う荷棚受は、内装材に内側から当てがった荷棚の支持に供する一方で、側構体部の柱類などである縦向きの補強材の前記コーナ部の近傍から屋根構体部の幅方向に向く垂木類などである補強材の前記コーナ部の近傍まで渡って双方に取り付けられ、それら補強材間を連結する連結部材をなして、側構体部および屋根構体部の補強材の車体胴回りの連続した補強枠構造による変形耐力を高めるのに併せ、万一にも車体に断面を菱形に変形させる荷重が働いたときにコーナ部に集中する応力を荷棚受全体に分散、吸収しながら、連結部間が縮小することには圧縮応力にて、拡大することには引っ張り応力にて、それぞれ抗することで、前記変形を防止する作用を内装材の内側で営む。また、荷棚は、車体の出入り口部を除く側窓設置域に対応した車体長手方向のほとんどの範囲に位置し、荷棚設置範囲にある補強材の多くに、または全てに荷棚受を取り付けて荷棚の荷重を分担支持する関係から、側構体部および屋根構体部間の補強に、荷棚受以外の専用の連結部材を併用する数を大幅に減らすか無くすことができる。

上記において、さらに、荷棚受の内側面は、これを覆う内装材と天井の内装材との繋ぎ部を避けた形状またはおよび位置で、側構体部の補強材側から屋根構体部の補強材側に立ち上がっていることを特徴とすることができる。

このような構成では、上記に加え、さらに、荷棚受が、側構体部の補強材側から屋根構体部の補強材側に立ち上がってそれらを連結するのに、荷棚受の内側面が、これを覆う内装材と天井の内装材との繋ぎ部を避けた形状またはおよび位置にあるので、それら２つの内装材の繋ぎ目の車体長手方向への連続性、直線性を損なうことなく、両内装材の内側に位置して機能することができる。

上記において、さらに、荷棚受の内側面は、これを覆う内装材と天井の内装材との繋ぎ部に向け、内側に傾斜して、繋ぎ部の高さ未満に立ち上がる第１立ち上がり部と、この第１の立ち上がり部から繋ぎ部の外側を経て立ち上がる第２の立ち上がり部とを有していることを特徴とすることができる。

このような構成では、上記に加え、さらに、荷棚受の内側面は、２つの内装材の繋ぎ部へ向け繋ぎ部の高さ未満に立ち上がる第１立ち上がり部が内側に傾斜して、内装材と外板との間に行き先や種別などの字幕表示をする機器やドア閉じ器を設置するスペースを確保するスぺーサとなるのに併せ、２つの内装材の繋がりを鈍角化し、これに続く第２立ち上がり部が２つの内装材の繋ぎ部の外側を経て立ち上がることで、第１の立ち上がり部の傾斜の影響なく２つの内装材およびその繋ぎ部から外側に外れる自由な傾斜、位置、形状で立ち上がれる。

上記において、さらに、第２立ち上がり部は、第１立ち上がり部の傾斜角よりも立ち上がり角が小さいか、外側に向け傾斜する立ち上がり角を有していることを特徴とすることができる。

このような構成では、上記に加え、さらに、第２立ち上がり部は、第１立ち上がり部との立ち上がり角度の違いによって、第１立ち上がり部から単純なストレート形状で立ち上がって２つの内装材の繋ぎ部との干渉を回避できる。

上記において、さらに、補強材、荷棚受は、Ｌ型、Ｚ型、Ｕ型、コ型、ワ型、ハット型の断面形状を有したものの少なくとも１つであることを特徴とすることができる。

このような構成では、上記に加え、さらに、荷棚受はその断面形状を、補強材と共に、Ｌ型、Ｚ型、Ｕ型、コ型、ワ型、ハット型の少なくとも１つとして、平板よりも高い曲げ、座屈強度を発揮して補強できるし、荷棚受の断面形状の選択にて、それが連結する側構体部および屋根構体部の補強材との溶接などによる接合条件、強度バランスの適合調整ができる。

本発明のそれ以上の目的および特徴は、以下の詳細な説明および図面の記載によって明らかになる。本発明の各特徴は、それ単独で、あるいは可能な限りにおいて種々な組合せで複合して用いることができる。

本発明の鉄道車両の車体構造の１つの特徴によれば、荷棚受が、これを覆う内装材内側に当てがった荷棚を支持する一方、側構体部の補強材の車体胴まわりのコーナ部近傍と屋根構体部の補強材の前記コーナ部近傍との間を連結する連結部材をなして、万一にも車体に断面を菱形に変形させる荷重が働いたときにコーナ部に集中する応力を荷棚受全体に分散、吸収しながら、連結部間の縮小には圧縮応力で、拡大には引っ張り応力で抗し、前記変形を防止する作用を内装材の内側で営むので、内装の体裁を損なわずに補強できる。特に、補強は、車体長手方向の一部を除いた荷棚設置範囲にある補強材の多くに、または全てに取り付けて荷棚の荷重を分担支持する荷棚受を利用して、荷棚受以外の専用の連結部材を併用する数を大幅に減らすか無くせるので、車体の重量、走行負荷の増大を大幅に軽減できる。

また、本発明の鉄道車両の車体構造の別の特徴によれば、１つの特徴の場合に加え、さらに、荷棚受は、縦向きの補強材および屋根構体部の幅方向に向く補強材をそれらのコーナ部近傍間を連結することで、側構体部および屋根構体部の補強材の車体胴回りの連続した補強枠構造による変形耐力を高め、車体強度の向上が図れる。

上記に加え、さらに、側構体部の補強材側から屋根構体部の補強材側に立ち上がってそれらを連結荷棚受の内側面が、これを覆う内装材と天井の内装材との繋ぎ目を避けていて、それら２つの内装材の繋ぎ目の車体長手方向への連続性、直線性を損なうことなく、両内装材の内側に位置して機能するので、内装の体裁を損なうことはない。

上記に加え、さらに、荷棚受の内側面は、第１の立ち上がり部の、２つの内装材の繋ぎ部へ向けた繋ぎ部の高さ未満の内側に傾斜した立ち上がりで、内装材と外板との間に字幕表示をする機器やドア閉じ器の設置スペースを確保するのに併せ、２つの内装材の繋がりを鈍角化し角張りを緩めた内装を実現し、第２立ち上がり部は第１の立ち上がり部の傾斜に影響されない自由な傾斜、位置、形状で２つの内装材の繋ぎ部の外側を経た立ち上がりができ設計自由度が高まるし、切り欠きなどができて加工しにくくなったり、応力の集中を招くようなことを回避できる。

上記に加え、さらに、第２立ち上がり部は、第１立ち上がり部との立ち上がり角度の違いだけで、第１立ち上がり部から単純なストレート形状で立ち上がって２つの内装材の繋ぎ部との干渉を回避でき、加工しやすく、補強強度を高められる。

上記に加え、さらに、荷棚受はその断面形状を、補強材と共に、Ｌ型、Ｚ型、Ｕ型、コ型、ワ型、ハット型の少なくとも１つとして、平板よりも高い曲げ、座屈強度を発揮して補強できるし、荷棚受の断面形状の選択にて、それが連結する側構体部および屋根構体部の補強材との溶接などによる接合条件、強度バランスの適合化が図れる。

本発明の鉄道車両の車体構造に係る実施の形態について、図を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。なお、以下の説明は本発明の具体例であって、特許請求の範囲の記載の内容を限定するものではない。

本実施の形態の図１に示す例は、図４に示すように、台枠部１、側構体部２、屋根構体部３がコーナ部４を有して繋がった胴部５を持つ鉄道車両の車体構造の場合の一例であり、胴部５の両端部は妻構体７により閉じられて車体６を構成する。このため、図３（ａ）に示すように横荷重Ｆ１が働いた場合、屋根構体部３の幅方向中央位置に最大曲げモーメントＭが働き、図３（ｂ）に示すように屋根荷重Ｆ２が働いた場合、両コーナ部４に最大曲げモーメントＭが働く。また、斜め荷重Ｆ３が一方のコーナ部に働いた場合、他方のコーナ部に最大曲げモーメントＭが働く。図３（ａ）の屋根構体部３の幅方向に集中する最大曲げモーメントに対抗するのは専ら図１に示すような垂木類である補強材８に依存することになるが、重量化、重心の上昇を避ける意味で、補強材８は図１に示す側構体部２の側柱や間柱などの柱類である補強材９よりも薄板で、断面形状もより簡単なものが選択される。

そこで、胴部５のコーナ部４の最大曲げモーメントＭに対抗するには、補強材８の強度不足が生じるコーナ部４の範囲に限定して補強対策をするのが好適となる。側構体部２の補強材９についてもほぼ同様である。そこで、特許文献３に記載のもののように補強材８、９に関しコーナ部４に限って補強すればよい。

しかし、既述したように、補強のために専用の部材を用いるのでは、車体の重量や走行抵抗が徒に増大する不利がある。

これに対応するのに本実施の形態では、図４に示すように、側構体部２、屋根構体部３がコーナ部４を有して繋がり、側構体部２の補強材９の前記コーナ部４近傍に荷棚１１を支持する荷棚受１２を取り付けた胴部５を持つ鉄道車両の車体構造において、図１に示すように、荷棚受１２は、側構体部２の補強材９から屋根構体部３の補強材８のコーナ部４近傍に渡して双方に一体化し、それら補強材８、９間を連結したものとしている。この一体化部分は符号１３を付して示している。この荷棚受１２の補強材８、９との一体化は、原理的には補強材８、９の双方に、現実的にはいずれか一方に荷棚受１２を一体成形、一体成形しなかった側には、取り付け座や取り付けフランジなどの各種当接部、当て外部、重ね部、連結金具を用いて、あるいは用いないで、カシメ接合、溶接接合、ボルト・ナット、抜け止めや緩み止めの仕掛けを持った各種のボルトを含む締結具などの手法を採用することができる。製作の容易性から補強材８、９のいずれからも独立した荷棚受１２として、補強材８、９の双方に前記手法で後付けすることもできる。

このような胴部５における胴部５の側構体部２および屋根構体部３間のコーナ部４での、内装材１４が覆う荷棚受１２は、内装材１４に内側から当てがった荷棚１１の支持に供する一方で、側構体部２の補強材９のコーナ部４の近傍から屋根構体部３の補強材８のコーナ部４の近傍まで渡って双方に一体化され、それら補強材８、９間を連結する連結部材をなしており、万一にも車体６に断面を菱形に変形させる荷重が働いたときにコーナ部４に集中する応力を荷棚受１２全体に分散、吸収しながら、連結部間が縮小することには圧縮応力にて、拡大することには引っ張り応力にて、それぞれ抗し、前記変形を防止する作用を内装材１４の内側で営む。また、荷棚１１は、車体５の出入り口部を除く図２（ａ）（ｂ）に示す例のような側窓１５の設置域に対応した車体長手方向のほとんどの範囲に位置し、荷棚１１設置範囲にある補強材９の多くに、または全てに荷棚受１２を取り付けて荷棚１１の荷重を分担支持する関係から、側構体部２および屋根構体部３間の補強に、荷棚受１２以外の図示しない専用の連結部材、つまり、特許文献３に示すような連結部材を併用する数を大幅に減らすか無くすことができる。

この結果、荷棚受１２が、これを覆う内装材１４内側に当てがった荷棚１１を支持する一方、側構体部２の補強材９の車体６胴まわりのコーナ部４近傍と屋根構体部３の補強材８のコーナ部４近傍との間を連結する連結部材をなして、万一にも車体６に断面を菱形に変形させる荷重が働いたときにコーナ部４に集中する応力を荷棚受１２全体に分散、吸収しながら、連結部間の縮小には圧縮応力で、拡大には引っ張り応力で抗し、前記変形を防止する作用を内装材の内側で営むので、内装の体裁を損なわずに補強できる。特に、補強は、車体長手方向の一部を除いた荷棚１１設置範囲にある補強材９の多くに、または全てに取り付けて荷棚１１の荷重を分担支持する荷棚受１２を利用して、荷棚受１２以外の専用の連結部材を併用する数を大幅に減らすか無くせるので、車体６の重量、走行負荷の増大を大幅に軽減できる。

ここに、荷棚受１２はこれを覆う内装材１４を内側から支持する内装材受としても機能する。また、天井の内装材１６と繋ぎ部１７で繋ぎ材１８を介するなどして繋がれる。また、図２（ｂ）に示す側窓１５を持った側構体部２は、行先を表示する字幕表示窓２１、種別を表示する字幕表示窓２２を有し、側窓１５の範囲にある側柱である補強材９に対応して配置されない荷棚受１２があり、これらは補強材９に一体化できないので、補強材９に対応してそれに一体化できる荷棚受１２よりも大型化、断面増のいずれか双方によってそれ自体および取り付け強度の増大を図って対応するが、補強材８、９間の連結補強には位置的に向かない。しかし、間柱的な補強材９を設けて一体化し、補強部材８、９間の連結補強に供することはできる。これに対し、図２（ａ）に示す荷棚受１２は全て補強材９に対応してそれらに一体化でき、補強材８、９間の連結補強に好適となる。

また、より実車に適合して、荷棚受１２は、側構体部２の縦向きの補強材９のコーナ部４近傍から屋根構体部３の幅方向に向く補強材８のコーナ部４近傍に渡して双方に一体化し、それら補強材８、９間を連結したものとするのが、最も改良少なく対応できる。これにより、特に、胴部５の側構体部２および屋根構体部３間のコーナ部４では、内装材１４が覆う荷棚受１２が、側構体部２の柱類などである縦向きの補強材９のコーナ部４の近傍から屋根構体部３の幅方向に向く垂木類などである補強材８のコーナ部４の近傍まで渡って双方に一体化され、それら補強材８、９間を連結する連結部材をなして、側構体部２および屋根構体部３の補強材の車体６胴回りの連続した補強枠構造による変形耐力を高めるのに併せ、万一にも車体６に断面を菱形に変形させる荷重が働いたときにコーナ部に集中する応力を荷棚受１２全体に分散、吸収しながら、連結部間が縮小することには圧縮応力にて、拡大することには引っ張り応力にて、それぞれ抗することで、前記変形を防止する作用を内装材の内側で営む。従って、荷棚受１２は、縦向きの補強材９および屋根構体部３の幅方向に向く補強材８をそれらのコーナ部４近傍間を連結することで、側構体部２および屋根構体部３の補強材８、９の車体６胴回りの連続した補強枠構造による変形耐力を先の例よりもさらに高め、車体強度のより向上が図れる。

また、車体６胴回りの連続した補強枠構造上、補強材８、９は互いに対応するように位置させ、対応するもの同士を図２（ａ）に示す連結部２４にて直接または仮想線で示す軒桁２５を介して連結するのが補強に好適である。この連結も、そのようにもでき、取り付け座や取り付けフランジなどの各種当接部、当てがい部、重ね部、連結金具を用いて、あるいは用いないで、カシメ接合、溶接接合、ボルト・ナット、抜け止めや緩み止めの仕掛けを持った各種のボルトを含む締結具などの手法を採用することができる。

さらに、図示する例では、荷棚受１２の内側面１２ａは、これを覆う内装材１４と天井の内装材１６との繋ぎ部１７を避けた形状またはおよび位置で、側構体部２の補強材９側から屋根構体部３の補強材８側に立ち上がるようにしている。これにより、荷棚受１２が、側構体部２の補強材９側から屋根構体部３の補強材８側に立ち上がってそれらを連結するのに、荷棚受１２の内側面１２ａが、これを覆う内装材１４と天井の内装材１６との繋ぎ部１７を避けた形状またはおよび位置にあるので、それら２つの内装材１４、１６の繋ぎ目１９の車体長手方向への連続性、直線性を損なうことなく、両内装材１４、１６の内側に位置して機能することができ、内装の体裁を損なうことはない。

また、荷棚受１２の内側面１２ａは、これを覆う内装材１４と天井の内装材１６との繋ぎ部１７に向け、内側に傾斜して、繋ぎ部１７の高さ未満に立ち上がる第１立ち上がり部１２ａ１と、この第１の立ち上がり部１２ａ１から繋ぎ部１７の外側を経て立ち上がる第２の立ち上がり部１２ａ２とを有したものとしている。これにより、荷棚受１２の内側面１２ａは、２つの内装材１４、１６の繋ぎ部１７へ向け繋ぎ部１７の高さ未満に立ち上がる第１立ち上がり部１２ａ１が内側に傾斜して、内装材１４と外板との間に行き先や種別などの字幕表示をする機器やドア閉じ器を設置するスペースＳを確保するスぺーサとなるのに併せ、２つの内装材１４、１６の繋がりを鈍角化し、これに続く第２立ち上がり部１２ａ２が２つの内装材の繋ぎ部の外側を経て立ち上がることで、第１の立ち上がり部１２ａ１の傾斜の影響なく２つの内装材１４、１６およびその繋ぎ部１７から外側に外れる自由な傾斜、位置、形状で立ち上がれる。

この結果、荷棚受１２の内側面１２ａは、第１の立ち上がり部１２ａ１の、２つの内装材１４、１６の繋ぎ部１７へ向けた繋ぎ部１７の高さ未満の内側に傾斜した立ち上がりで、内装材１４と外板２３との間に字幕表示をする機器やドア閉じ器の設置スペースＳを確保して、しかも、自身のコーナ部４に集中する応力の分担幅が増大して補強度を高められるのに併せ、２つの内装材１４、１６の繋がりを鈍角化し角張りを緩めた内装を実現し、第２立ち上がり部１２ａ２は第１の立ち上がり部１２ａ１の傾斜に影響されない自由な傾斜、位置、形状で２つの内装材１４、１６の繋ぎ部１７の外側を経た立ち上がりができ設計自由度が高まるし、切り欠きなどができて加工しにくくなったり、応力の集中を招くようなことを回避できる。

このために、第２立ち上がり部１２ａ２は、第１立ち上がり部１２ａ１の傾斜角よりも立ち上がり角が小さいか、図示する例のように外側に向け傾斜する立ち上がり角を有したものとすることができる。これによって、第２立ち上がり部１２ａ２は、第１立ち上がり部１２ａ１との立ち上がり角度の違いによって、第１立ち上がり部１２ａ１から図示するような単純なストレート形状で立ち上がって２つの内装材の１４、１６の繋ぎ部１７との干渉を回避できる。従って、第２立ち上がり部１２ａ２は、第１立ち上がり部１２ａ１との立ち上がり角度の違いだけで、第１立ち上がり部１２ａ１から単純なストレート形状で立ち上がって２つの内装材１４、１６の繋ぎ部１７との干渉を回避でき、加工しやすく、補強強度を高められる。

最後に、補強材８、９、荷棚受１２は、Ｌ型、Ｚ型、Ｕ型、コ型、ワ型、ハット型の断面形状を有したものの少なくとも１つであればよく、荷棚受１２はその断面形状を、補強材８、９と共に、Ｌ型、Ｚ型、Ｕ型、コ型、ワ型、ハット型の少なくとも１つとして、平板よりも高い曲げ、座屈強度を発揮して補強できるし、荷棚受１２の断面形状の選択にて、それが連結する側構体部２および屋根構体部３の補強材８、９との溶接などによる接合条件、強度バランスの適合調整ができる。従って、荷棚受１２はその断面形状を、補強材８、９と共に、Ｌ型、Ｚ型、Ｕ型、コ型、ワ型、ハット型の少なくとも１つとして、平板よりも高い曲げ、座屈強度を発揮して補強できるし、荷棚受１２の断面形状の選択にて、それが連結する側構体部２および屋根構体部３の補強材８、９との溶接などによる接合条件、強度バランスの適合化が図れる。

ここで、車体６の断面内での衝突などで受ける荷重と変形、破壊との関係について、荷重別に詳細に検討しておく。
１）圧壊荷重
荷重作用点付近は面外方向に大きな圧縮荷重が作用する。この大きな圧縮荷重は一般に「接触力」と呼ばれる。この大きな圧縮荷重により構造物は局部的に圧縮破壊して部分的に崩壊したり、大きく変形する。
２）曲げモーメント
作用点に作用した面外荷重による曲げモーメントが構造物の中に発生するが、その部位は作用点だけでなく、作用点から離れた拘束力の強い部位などにも大きな拘束モーメントが発生する。この大きな拘束モーメントにより、構造物が曲げ破壊して塑性ヒンジとなり局部破壊することにより、構造物全体が大きな変形を起こし、残存空間を狭める。曲げモーメントの存在は同時に剪断力の存在を意味し、曲げモーメント勾配が剪断力になるので、曲げモーメントの変化が大きい場合などは構造物が剪断破壊する場合もある。一般に、曲げモーメントによって部材は引っ張り側と圧縮側に別れ、引っ張り側は分断する可能性がある。
３）以下、曲げモーメントによる車体断面（横断面）の崩壊による室内残存空間の激減とそれへの対応について考察する。

横荷重：
車体の側面に既述した横向き荷重が作用する場合であるが、ここでは、車両側面に硬いものがぶつかる場合や車両自体がレールを逸脱して側面から硬いものにぶつかる場合に関して述べる。

横荷重作用時の最大モーメントは、既述した屋根の最高地点と台枠に発生する。このうち台枠は垂直荷重を受ける床を支持することから車体の構成部位の中でも最も強固なものであり、強度剛性も十分大きい。それに対して屋根構体部は屋根に負荷される垂直荷重が小さいこと、および重心を低くするために軽量化しなければならないことなどにより、強度剛性は車体の構成部位の中でも最も小さいといえる。

したがって、横荷重に対して車体断面変形を抑制するためには、屋根頂上を含む屋根構体部の全体の強度剛性を増大することが望ましい。しかし、屋根構体部を強化するためには、大きな重量増加を招き重心の上昇は避けられない。このため、屋根構体部全体を強化するのは困難といえる。

そうした場合、屋根構体部の断面が図１に見られるようにアーチ形状をしていることに着目すれば、屋根構体部の頂上付近に面外方向の屋根荷重が作用した場合でもアーチ理論に従って、荷重作用点付近の面外曲げモーメントのうち、多少は屋根垂木の軸力成分に転化されて、曲げモーメントを低減してくれるので、既述したように屋根垂木である補強材８の両端部、つまり、屋根構体部の側構体部との接合部付近の強化を図ることで十分とした。

偏心横荷重：
横荷重の場合であるが、荷重心の高さが側構体部上端や下端に偏った場合である。この場合も、上記横荷重の場合と同様であるが、横荷重作用高さが側構体部の上端に近づけば、屋根構体部との距離が小さくなるので、屋根構体部に発生する曲げモーメントは小さくなる。一方、横荷重作用高さが側構体部下端に近づけば屋根構体部までの距離は大きくなるものの、剛性の大きな台枠が横荷重の多くを支持してくれるので、屋根構体部が負担する横荷重は小さくなる。結果的に上記横荷重の類似の状況となる。

屋根荷重：
車体断面が逆さまになった状態で地面にぶつかる場合や車体断面が横倒しになった状態で側壁にぶつかる場合、あるいは正常な車体断面に上から重量物が落下してくる場合などがこの条件に当てはまる。

屋根荷重作用時の最大曲げモーメントは荷重作用点および側構体部と屋根構体部との接合部、つまりコーナ部で発生する。従って、屋根構体部に荷重が作用する場合には、屋根垂木全体および両側のコーナ部の断面内強度剛性を向上させれば室内残存空間の確保に効果がある。

この場合も、横荷重の場合と同じく、屋根構体部がアーチ形状をしていることに注目すれば、屋根構体部頂上付近に面外方向の屋根荷重が作用した場合でもアーチの理論に従って、荷重作用点付近の面外曲げモーメントのうち、多少は屋根垂木の軸方向成分に転化されて、曲げモーメントを低減してくれるので、記述のように屋根垂木、つまり補強材８の両端部、つまり、屋根構体部の側構体部との接合部付近の強化を図ることで十分とした。

斜め荷重：
車体断面が斜めに傾斜した状態に硬いものにぶつかる場合などがこの条件に当てはまる。

斜め荷重となる場合、車体断面のぶつかる部分は、側構体部と屋根構体部との接合部、つまりコーナ部や側構体部と台枠部との接合部であるが、本発明では、既述の通り側構体部と台枠部との接合部に斜め荷重を受ける場合には言及していない。

側構体部と屋根構体部との接合部に斜め荷重が作用した場合、最大曲げモーメントは、荷重作用点、つまりコーナ部および荷重と反対の側の側構体部と屋根構体部との接合部であるコーナ部で発生する。従って、両コーナ部が斜めに衝突するような荷重に対して、車体断面の変形を抑制するために断面内強度を向上させるには、最大曲げモーメントが作用する両コーナ部の断面強度剛性を向上させればよいことになるので、既述したように屋根構体部の側構体部との接合部付近の強化を図ることで十分とした。

本発明は鉄道車両の車体に実用でき、通常設計では不足する側面荷重に対する強度を重量の増加や構造の複雑化なく高められる。

本発明の実施の形態に係る鉄道車両の車体の１つの例を示す要部の横断面図である。 同車体の柱（補強材）、荷棚受、垂木（補強材）の配置関係を２つの例で示す概略正面図である。 車体一般での荷重と最大モーメント作用位置の関係を示す説明図である。 従来の車体の要部を示す横断面図である。 車体一般での荷重と菱形変形との関係を示す説明図である。

符号の説明

１ 台枠部
２ 側構体部
３ 屋根構体部
４ コーナ部
５ 胴部
６ 車体
７ 妻構体
８、９ 補強材
１１ 荷棚
１２ 荷棚受
１２ａ 内側面
１２ａ１ 第１立ち上がり部
１２ａ２ 第２立ち上がり部
１３ 一体化部
１４、１６ 内装材
１７ つなぎ部
１８ 繋ぎ材
１９ 繋ぎ目
２１、２２ 字幕表示窓
２３ 外板
２４ 連結部
２５ 軒桁

Claims (6)

1. 側構体部、屋根構体部がコーナ部を有して繋がり、側構体部の補強材の前記コーナ部近傍に荷棚を支持する荷棚受を取り付けた胴部を持つ鉄道車両の車体構造において、
   荷棚受は、側構体部の前記補強材から屋根構体部の補強材の前記コーナ部近傍に渡して双方に一体化し、それら補強材間を連結したことを特徴とする鉄道車両の車体構造。
2. 側構体部、屋根構体部がコーナ部を有して繋がり、側構体部の補強材の前記コーナ部近傍に荷棚を支持する荷棚受を取り付けた胴部を持つ鉄道車両の車体構造において、
   荷棚受は、側構体部の縦向きの補強材の前記コーナ部近傍から屋根構体部の幅方向に向く補強材の前記コーナ部近傍に渡して双方に一体化し、それら補強材間を連結したことを特徴とする鉄道車両の車体構造。
3. 荷棚受の内側面は、これを覆う内装材と天井の内装材との繋ぎ部を避けた形状またはおよび位置で、側構体部の補強材側から屋根構体部の補強材側に立ち上がっていることを特徴とする請求項１、２のいずれか１項に記載の鉄道車両の車体構造。
4. 荷棚受の内側面は、これを覆う内装材と天井の内装材との繋ぎ部に向け、内側に傾斜して、繋ぎ部の高さ未満に立ち上がる第１立ち上がり部と、この第１の立ち上がり部から繋ぎ部の外側を経て立ち上がる第２の立ち上がり部とを有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の鉄道車両の車体構造。
5. 第２立ち上がり部は、第１立ち上がり部の傾斜角よりも立ち上がり角が小さいか、外側に向け傾斜する立ち上がり角を有していることを特徴とする請求項４に記載の鉄道車両の車体構造。
6. 補強材、荷棚受は、Ｌ型、Ｚ型、Ｕ型、コ型、ワ型、ハット型の断面形状を有したものの少なくとも１つであることを特徴とする鉄道車両の車体構造。