JPH02249757A - 鉄道車両の屋根構体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、車両構体に係り、特に高速で走行する鉄道車
両に好適な屋根構体曇こ関するものである。

〔従来の技術〕

屋根構体は車体の両側面を構成する側溝体を、その上部
において連結するもので、車体としての六面体を構成す
る部材の一つである。従来の屋根構体は左右の側構体の
幕部上端に位置する長桁間畳こ垂木を渡し、車体の長手
方向番こはしご状に多数配設し、この上面に外板を抵抗
スポプト溶接あるいはアーク溶接などｆこより結合１ノ
だ構造としている。この構造例としては、例えば機械工
学便覧。

第１５ＩｉＡ、７９頁から８０頁（日本機械学会＆１（
１９７７））に論じられている。

しかし、最近の車両の高速化の傾向は著しく。

それに伴い、構体に加わる荷重条件が１．すます厳しく
なってきている。特に、高い気密性能を要求される車両
においては、耐圧強度の高い構体としなければならず、
従来の屋根構造では、強度的に厳しくなる。さらに、高
速化に対応して、軽量構造のものが要求される。

〔発明が解決しようとする課題〕

車両の高速化」こ伴い、車体の内外１こおける気圧の変
動差が太き（なる。従来、屋根構体は台枠。

側構体に比較して、強度的には余技のある部位の一つで
あった。しかし、上記の耐圧性能が要求される車両にお
いては、十分な強度を確保しなければならず、応力低減
を図るために、垂木、外板の寸法が大きくなり、車体の
１量化を阻むという問題が生じる。また、垂木の本数が
増加すること暑こなるため、垂木と外板の結合に多大の
製作工数が必要になる。

本発明の目的とするところは、十分な耐圧構造を有し、
軽量な屋根構体を提供することぜこある。

〔ｌ１題を解決するための手段〕 上記目的は、単体の上部をなす鉄道車両の屋根構体にお
いて、該屋根構体の長手方向断面内の水平軸回りの曲げ
剛性を、屋根構体の幅方向中央部について他の部分より
も高くしたことにより、連成される。

〔作　　用〕

屋根構体に圧力荷重が作用した場合、該屋根構体は側構
体との境界部を両ｊＩ支持とした板構造として、上記の
荷重を受は持つことになる。この場合、部材に発生する
最大曲げモーメントは、車体幅方向の中央部に生じる。

本発明では、車体幅中央部の面外曲げ剛性を他の部分よ
り大きくすること番こより、上記の最大曲げモーメント
番こより生じる応力を小さく押えることが可能となる。

これにより、屋根部材の最適化すなわち、１量化を図る
ことができる。

〔実　施　例〕

以下、本発明の一実施例および他の実施例を図により説
明する。第１図は本発明による車体の一実施例を示す。

同図において％　１は側構体、２は台枠、Ｉは屋根構体
である。該屋根構体（資）は側構体１と軒桁３１．長桁
羽を介して結合される。本実施例では、屋根構体□□□
は、車体の長手方向に並べたリブ付きの板を一体で押出
した型材おとこの型材の下面のリブ端部に沿って取付け
た垂木λで構成されている。該垂木瀕とリブ付き外板お
とはリブの先端において、アーク溶接により結合される
。

このリブ付き外板羽は車体のほぼ全長にわたり１本ある
いは２本の押出し型材で１幅方向には３００〜５００Ｂ
に分割されており、これらをアーク溶接１こより接合さ
れている。垂木瀦は左右の長桁℃の間に車体幅方向（周
方向）に取付けられる。

また、この部材の大きさと車体長手方向の取付間隔は車
体に作用する荷重の大きさにより決まる。

ここで、屋根構体に作用する荷重を考える。本構体には
、台枠２の面に作用する垂直等分布荷重。

台枠の両端部に作用する車端圧縮荷ＩＫおよび車体の内
外圧における気圧の変動差に伴う圧力荷重などが加わる
。これらの荷重のうち％屋根構体田の部材寸法は、主と
して後者の圧力荷重により決定されることになる。

いま、屋根構体３１′ｌに２内圧が作用した場合を考え
る。垂木３４魯こは、リブ付き外板に加わる荷重のｌピ
ブチ当りの荷重が作用する。第２図は車体幅方向の屋根
構体に発生ずる曲げモーメント分布を示したものでみる
。この曲げモーメントは、軒桁３１および長桁諺の拘束
度により異なるが、車体幅の中央部（Ｍｌ）が、ｊ＠端
部（Ｍ２）で大きくなる。

そこで、本発明ではこの中央部に発生する曲げモーメン
トにより生じる応力を低減させるため、基本的ｌこほこ
の位ｉにおいて屋根外板（と垂木Ｓを含む構造物の曲げ
剛性を、他の部分より大きくするという考え方を採用す
る。以下、その構造内について詳細に説明する。

第１図は垂木讃の車体幅中央部の高さを大きくすること
ｌこより５Ｍ根構体闇の曲げ剛性を大きく確保する構造
としたものである。この場合、リブ付き外板のリブの高
さは、車体の幅方向には一定としている。また、垂木あ
は薄板をプレス曲げ加工により製作する方式を採）てお
り、製作の容易化を図るため、下フランジについては、
平坦な構造にしている。第３図は第１図の応用例を示（
）たものである。垂木其の高さをさらに太き（する必要
のある場合、本部材のウェブあのしめる割合が大ｉｋ＜
なり、軽量化を因るために、この部分１こ軽量穴Ｖを配
設することになる。この場合、ウェブあの部分がフラン
ジあの部分に比較して大き曵なると、ウェブの軽量穴ご
の緑が面外変形に対して弱くなるため、＠４因暴こその
断面（第３図のＡ−Ａ部断面図）を示すように、軽量穴
ごをバーリング加工することにより穴縁にフランジ部（
を配設する。このような構造をとることにより、ウェブ
蕊の面外曲げ剛性が向上し、その座屈強度を高く確保で
きるとともに、垂木の曲げ剛性が大きくなり、全体とし
て強度的にバランスのとれた軽量な部材とすることがで
きる。

なお、本発明においては、屋根外板として！Ｊ１図に示
したリブ付り型材に限定することな（、平板構造もしく
はコルゲート外板構造を用いても良い。

次に、第５図〜第８図は第１図に示した構造の他の実施
例を示す。

ＩＥｓ図は第１図に示した構造と同様、屋根構体の車体
幅中央部の厚さを大きくし、この部分の曲げ剛性な大ｈ
＜確保するための構造例である。この実施例では、垂木
ｙの厚さは車体幅方向にわたり一様とし、リブ付き外板
（の厚さを場所により変化させる＃ｌ造をとっている。

この場合、リブ付き外板簡の剛性が第１図に示した構造
のもの１こ比べて大きくなっている。

第６図および第７図に示す例は屋根構体の厚さが車体幅
方向にほぼ−・様となる構造をとっている。

この例では、車体幅中央部の曲げ剛性を太き（確保する
ために次齋こ示ず手法を採用している。すなわち、第６
図において中央部断面の水平な軸回りの慣性二次モーメ
ントを大きくすれば良いことになる。この断面の中立軸
回りの慣性二次モーメントエは式イ１）で表わされる。

二こで、 ｎ：屋根構体の断面を構成する部材の数Ｉｏｉ　：各部
材そのものの中立軸回りの慣性二次モーメント（ＩｊＩ
） Ａｉ：各部材の断面積（ＩＩ） ｌｉ：屋根構体の断面の中立軸と各部材の中立軸との間
の距離（ｕ） 式（１）より明らかなように、慣性二次モーメントを太
き曵するためには、断面を構成する各部材のｌｏを大き
くとるか、ＡＺ２を大きくするかによって決まる。しか
し１部材の軽量化を図るためには、Ｉｏに制限がある。

そこで、第６図および第７図においては、後者のＡ　ｔ
２を大きくすることに着目して、断面の中立軸から最も
離れた垂木Ｍのフランク舅の板厚を厚くする構造とする
。第６図φこ示（）た実施例では垂木Ｍを変板厚部材で
構成し、車体幅中央部の板厚を太き（する。これにより
、中央部の曲げ剛性を他の部分より太き（確保すること
ができる。

第７図は同様に、垂木スの下側フランジ圀に、本体幅中
央部のみ厚板刃な抵抗スボプト溶接またはリベプトなど
により結合する構造とする。この構造例としては、他に
部材おの代りに高強度材を接着あるいはボルト、リベプ
ト結合することも考えられる。この高強度材料としては
軽量なＣＦＲＰなどが適切である。

第８図は第１図に示した構造の他の実施例を示したもの
である。車体の長手方向の中央部においては、垂直等分
布荷重により、リブ付き外板おの板場に圧縮応力が作用
する。さらに、この板場に外圧が作用すると、車体幅中
央部の板場には大きな圧縮応力が作用することになる。

そこで、この例では、中央部の外板（のリブ４１のピッ
チを、他の部分より小さ電する構造とする。これにより
、外板おの板場の座屈強度が向上し、屋根構体全体とし
て強度的にバランスのとれた構造となる。また、中央部
の曲げ剛性も他の部分より向上することになる。

さら−こ、上記の垂直等分布荷重が作用すると、屋根外
板の車体長手方向の圧縮応力は車体中央部において最大
となる。今、垂木と外板のリブで仕切られた板場の車体
長手方向の圧縮座屈強度σＣｆは、垂木のピッチをｌと
すると、 となり、ｌ　に反比例する。

そこで、垂木のピッチは、車体長手方向の中央部分で狭
くし、車体の支点すなわち枕梁設−位置近傍に近づくに
従って広くすればよいことになる。

このような構成とすれば％屋根構体の軽ｊｌｌ限界構造
を実現することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、十分な耐圧構造を
有し、軽量な屋根構体を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による構体全体の斜視図、第２図は屋根
構体の横断面に内圧が作用した場合の曲げモーメント分
布図、第３図は本発明による屋根構体の他の実施例を示
す車体幅方向断面図、第４図は！Ｉ！３図中の垂木の断
面図、第５図、＠６図。 第７図、第８図は本発明による屋根構体のさらに他の実
施例を示す車体幅方向断面図である。 Ｉ・・・・・・屋根構体、３１・・四軒桁、！・・・・
・・長桁、（・・・・・・外板、ヌ・・曲垂木、あ・・
・・・・ウェブ、あ・・四フランジ、於・四・補強 代理人　弁理士　　小　川　勝　男５′□−゛・、才１
図 オＺ圀 イ ゲ 図 オ を 目

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、車体の上部をなす鉄道車両の屋根構体において、該
   屋根構体の長手方向断面内の水平軸回りの曲げ剛性を、
   屋根構体の幅方向中央部について他の部分よりも高くし
   たことを特徴とする鉄道車両の屋根構体。 ２、車体幅方向にその長手方向を配置し、かつ、車体長
   手方向に並ベて配置され、中央部分の高さを高く構成し
   た垂木と、該垂木の外周に取付けられる外板とから構成
   したことを特徴とする鉄道車両の屋根構体。 ３、請求項２記載の鉄道車両の屋根構体において、前記
   垂木はその下辺を直線状に構成し、上辺を中央部がふく
   らんだ円弧状に構成したことを特徴とする鉄道車両の屋
   根構体。 ４、車体幅方向にその長手方向を配置し、かつ、車体長
   手方向に並べて配置され、下辺に車体幅方向中央部分の
   板厚を厚くしたフランジを有した垂木と、該垂木の外周
   に取付けられる外板とから構成したことを特徴とする鉄
   道車両の屋根構体。 ５、車体幅方向にその長手方向を配置し、かつ、車体長
   手方向に並べて配置され、下辺に車体幅方向中央部の剛
   性を向上させる補強材を設置した垂木と、該垂木の外周
   に取付けられる外板とから構成したことを特徴とする鉄
   道車両の屋根構体。 ６、車体幅方向にその長手方向を配置し、かつ、車体長
   手方向に並べて配置される垂木と、該垂木の外周に取付
   けられ、垂木との接合部側に車体長手方向に引通して一
   体成形されたリブを有する外板とから成り、前記外板の
   リブの間隔を車体幅方向中央部について狭く構成したこ
   とを特徴とする鉄道車両の屋根構体。 ７、車体幅方向にその長手方向を配置し、かつ、車体長
   手方向に並ベて配置される垂木と、該垂木の外周に取付
   けられ、垂木との接合部側に車体長手方向に引通して一
   体成形されたリブを有する外板とから成り、前起外板の
   リブの高さを車体幅方向中央部を他の部分よりも高くし
   たことを特徴とする鉄道車両の屋根構体。 ８、車体幅方向にその長手方向を配置し、かつ、車体長
   手方向にその中央部分の間隔を狭くして配置される垂木
   と、該垂木の外周に取付けられる外板とから構成したこ
   とを特徴とする鉄道車両の屋根構体。