李刚

摘 要： 阐述了不锈钢车体单、双层结构的基本形式，并对两种结构的优缺点进行分析，通過实际应用将单、双层板综合使用，将各自优点充分发挥。

关键词：车体钢结构;板梁结构;SUS301L不锈钢

1   前言

不锈钢地铁车辆的车体部分是由底架、侧墙、端墙和车顶构成的薄壁筒型整体承载结构。车体结构具有足够的强度以承受车辆运用过程中的各种载荷。在确保有足够的强度和刚度的前提下实现轻量化。

2   结构介绍与分析

不锈钢车体的材料种类、结构型式决定了车体的轻量化水平。在保证一定的车体强度、刚度要求的前提下“薄壁筒型整体承载结构”被公认为实现车体结构轻量化的唯一有效途径。由于钢材密度较高且加工工艺限制，无法采用铝合金车体的闭口型腔式结构，因此“板梁组焊结构”就是钢车体的基本结构思路，有关不锈钢板梁结构主要有以下两种形式。

2.1 单层外板补强结构

为了提高车体强度同时又要实现车辆轻量化的要求，车体主要是选用高强度的SUS301L中MT、HT材料[1]，有关301L不锈钢各种调质状态下的强度见下表：

其中车体主要承载构件中底架边梁、侧墙边梁、立柱、侧墙“外板补强”均选用HT、ST级别，其它强度要求不高的区域采用DLT级别。由于侧墙属于外露部分，既要满足强度同时还要兼顾美观效果，因此减少侧墙外板自由区域（梁、柱之外的部分）是唯一途径。其中通过适当的增加梁、柱的密度，是一种有效的方法，既可以提高整体强度也增加了刚度。但是考虑轻量化的前提下，在承受载荷较小的区域，可将梁的断面适当改进，其目的主要是提高外墙板的刚度，此补强梁采用0.8mm厚的HT冷轧型材，并将补强梁与墙板点焊一起，此种结构就是所谓的单层外板补强结构，见图1。单层外板补强结构的最大特点就是墙板仍保留一部分自由区域，即1.5mm厚度区。这种结构制造成本低、工艺简单，材料强度高、型材刚度大、补强效果好、可根据强度计算和试验结果选择补强位置和型材形状补强针对性强，能够实现最大轻量化的同时确保车体承载结构具有无限寿命。但是由于此结构不能完全将墙板自由区完全覆盖，当车体在后续焊接过程中不断产生内部应力，因此在没有补强梁的区域仍然有表面不平的现象，其美观度受到了一定影响。

2.2 双层外板补强结构

为了克服单层外板补强结构的缺陷，在十多年前国外车辆制造商为了提高制造工艺和降低材料成本，将SUS304厚1mm板材一次冲压成型，开发了双层外板补强结构，并将这种结构开始应用于实际生产。此结构就是在梁柱之间墙板自由区域全部覆盖一块冲压成型的补强板，使外墙板不存在自由区域。整体补强板结构使侧墙的整体刚度有效地增加，受力更均匀，外墙板抗失稳能力提高，其表面平面度得到了极大地改善。

但此结构未被大批量的使用，理由一是重量大，采用SUS301L的外墙板厚1.5mm（为了外观平整用的厚了一点）而整体冲压成型的内层补强板最薄也要0.8～1mm，复合后总厚度为2.3～2.5mm;另一个理由是强度低，SUS301LHT材料屈服强度最小为685N/mm2，而SUS304材料屈服强度只有为205N/mm2。如果采用DLT材料，其冲压成型将会受到限制。同时，与单层补强板结构相比，其冲压模具的制造成本也将大幅提高。

我国一些车辆制造商也对“整体冲压成型内层筋板”结构进行过研究，并制造出了实际的车辆（见图1），但基于上述理由没有大批量采用。

3 结论

经过实际生产的验证，在车体承载要求较高且焊接量较大的区域宜采用双层板补强结构，此时可将双层板的刚度大、平整度较好的优势得以体现。在车体承载要求一般的项目中，宜采用单层外板补强结构，该结构对车辆轻量化有较大贡献，节约能源。

同时，通过计算机仿真分析，可以在部分区域采用单层外板补强结构，部分区域采用双层板补强结构以优化现有车辆设计，即将两种补强方式同时应用，相互之间取长补短，可获得车体强度和轻量化之间的平衡。

参考文献：

[1] JIS4305-1999，冷轧不锈钢板及钢带技术标准[S].日本标准协会.