弹簧选材及计算
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1 弹簧材料
为了保障弹簧能够可靠地工作，其材料除应满足具有较高的强度极限和屈服极限外，还必须具有较高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性、塑性和良好的热处理工艺性等。表20-2列出了几种主要弹簧材料及其使用性能。实践中应用最广泛的就是弹簧钢，其品种又有碳素弹簧钢、低锰弹簧钢、硅锰弹簧钢和铬钒钢等。图20-2给出了碳素弹簧钢丝的抗拉强度极限。
图20-2 碳素钢丝直径与强度的关系
注：
1.按受力循环次数N不同，弹簧分为三类：Ⅰ类N>106；Ⅱ类N=103～105以及受冲击载荷的场合；Ⅲ类N<103。
2.碳素弹簧钢丝按机械性能不同分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅱa、Ⅲ四组，Ⅰ组强度最高，依次为Ⅱ、Ⅱa、Ⅲ组。
3.弹簧的工作极限应力tlim：Ⅰ类￡1.67[t]；Ⅱ类￡1.25[t]；Ⅲ类￡1.12[t]。
4.轧制钢材的机械性能与钢丝相同。
5.碳素钢丝的切变模量和弹性模量对0.5～4mm直径有效，>4mm取下限。
2 材料选择
弹簧材料选择必须充分考虑到弹簧的用途、重要程度与所受的载荷性质、大小、循环特性、工作温度、周围介质等使用条件，以及加工、热处理和经济性等因素，以便使选择结果与实际要求相吻合。钢是最常用的弹簧材料。当受力较小而又要求防腐蚀、防磁等特性时，可以采用有色金属。此外，还有用非金属材料制做的弹簧，如橡胶、塑料、软木及空气等。
3 弹簧制造
螺旋弹簧的制造工艺过程如下：
①绕制；
②钩环制造；
③端部的制作与精加工；
④热处理；
⑤工艺试验等，对于重要的弹簧还要进行强压处理。
弹簧的绕制方法分冷卷法与热卷法两种。
（1）冷卷法：簧丝直径d≤8mm的采用冷卷法绕制。冷态下卷绕的弹簧常用冷拉并经预先热处理的优质碳素弹簧钢丝，卷绕后一般不再进行淬火处理，只须低温回火以消除卷绕时的内应力。
（2）热卷法：簧丝直径较大（d>8mm）的弹簧则用热卷法绕制。在热态下卷制的弹簧，卷成后必须进行淬火、中温回火等处理。
对于重要的弹簧，还要进行工艺检验和冲击疲劳等试验。为提高弹簧的承载能力，可将弹簧在超过工作极限载荷下进行强压处理，以便在簧丝内产生塑性变形和有益的残余应力，由于残余应力的符号与工作应力相反，因而弹簧在工作时的最大应力（见图所示）比未经强压处理的弹簧小。(https://www.360docs.net/doc/986554167.html,)
弹簧注意事宜
一、一般常见的弹簧可分类为：拉伸螺旋弹簧、压缩螺旋弹簧、扭转螺旋弹簧三大类。
其中拉伸、压缩弹簧以量产居多，规格繁杂但适于稍加修改即可应用，如需要少量且不挑剔弹簧特性的话，在市面上容易购得但单价较高。
而专属机构零件使用者，大都是向专业弹簧制造厂订制；如果自己无法设计时，也能额外付费请制造商配合试做。
近年来业界采用CNC计算机控制式或机械式弹簧机械，以自动化、省力化生产，品质较为稳定。基于ISO 及国际间对品质须要求逐渐提高，几乎所有弹簧制造商都能提出针对弹簧特性做测试的报告数据。
二、特殊场合使用可分类为：迭板弹簧，扭杆，涡形弹簧，薄板弹簧，盘形弹片，波浪形弹片，弹簧垫圈，扣环，环形弹簧和其它异形弹簧。
此等弹簧为因应不同环境须要，承制厂商以手工或专用机械生产，全部是订制品且价格依数量而定，基本样品费是少不了。这般弹簧只有少数使用者自订规格，将不是以下介绍之范围之内。
三、螺旋弹簧称呼尺寸：
3-1. 线径：螺旋弹簧的主要特性关键在于线径大小。
3-2. 外径：量取螺旋弹簧的外径比较方便，也容易识别尺寸。
3-3. 圈数：总圈数，有效圈数，闭合端圈数；螺旋弹簧能承受对外之反作用力，一部份取决于圈数多寡。3-4. 节距(导程)：一圈螺旋弹簧线的头、尾两端在轴线上的变动距离。
一般只有制作压缩弹簧时才会在意此值，弹簧使用者无须规定它的距离多少。
3-5. 自由长度：拉伸、压缩弹簧两端没有被施加任何外力时的长度值。一般而言自由长度无关弹簧功能，除非两端闭合处经过研磨加工，否则都允许有较宽松的公差范围，或不做尺寸上的严格要求。
3-6. 作用长度：螺旋弹簧被压缩或拉伸到某固定长度时，应该有的反作用力量值，才能让搭配之物品发挥效用。
3-7. 自由角度：扭转弹簧的两支脚没有被施加外力旋转时的角度值。一般而言，扭转弹簧两支脚之间形成的角度在自由状态时不易完全相同，除非特殊场合须要否则都不被要求，或允许有较宽松的公差范围。
3-8. 作用角度：扭转弹簧两端被施以不同方向扭转到某固定角度时，应该有的反作用负荷力值与扭力值，才能让搭配之物品发挥效用。
3-9. 弹簧常数：拉伸、压缩螺旋弹簧的轴向于承受外力变形时，在每一个单位长度产生的反作用力。或扭转弹簧的径向承受外力旋转时，在每一个单位角度产生的反作用力。
※在长度为横坐标与作用力为纵坐标的相对应图形中，交叉点几乎是连接成一条直线。
3-10. 长度单位：一般用mm (毫米)，欧美习惯用inch (英吋)。
3-11.负荷单位：标准的力量称呼单位是以N (牛顿)，或一般习惯用Kgf (公斤力) gf(公克力)。
※长度单位如使用inch (英吋)的话，欧美习惯搭配用Lb(磅)作为负荷单位
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1 圆柱弹簧的参数及几何尺寸
1、弹簧的主要尺寸
如图所示，圆柱弹簧的主要尺寸有：弹簧丝直径d、弹簧圈外径D、弹簧圈内径D1，弹簧圈中径D2，节距t、螺旋升角a、自由长度H0等。
2、弹簧参数的计算
弹簧设计中，旋绕比（或称弹簧指数）C是最重要的参数之一。
C=D2/d，弹簧指数愈小，其刚度愈大，弹簧愈硬，弹簧内外侧的应力相差愈大，材料利用率低；反之弹簧愈软。常用弹簧指数的选取参见表。
弹簧总圈数与其工作圈数间的关系为：
弹簧节距t一般按下式取：
（对压缩弹簧）；
t=d （对拉伸弹簧）；
式中：λmax --- 弹簧的最大变形量；
Δ --- 最大变形时相邻两弹簧丝间的最小距离，一般不小于0.1d。
弹簧钢丝间距：
δ=t-d ；
弹簧的自由长度：
H=n·δ+(n0-0.5)d（两端并紧磨平）；
H=n·δ+(n0+1)d（两端并紧，但不磨平）。
弹簧螺旋升角：
，通常α取5～90 。
弹簧丝材料的长度：
（对压缩弹簧）；
（对拉伸弹簧）；
其中l为钩环尺寸。
2 弹簧的强度计算
1、弹簧的受力
图示的压缩弹簧，当弹簧受轴向压力F时，在弹簧丝的任何横剖面上将作用着：扭矩T=FRcosα ，弯矩M=FRsinα，切向力Q=Fcosα和法向力N=Fsinα（式中R为弹簧的平均半径）。由于弹簧螺旋角α的值不大（对于压缩弹簧为6～90 ）,所以弯矩M和法向力N可以忽略不计。因此，在弹簧丝中起主要作用的外力将是扭矩T和切向力Q。α的值较小时，cosα≈ 1,可取T=FR和Q=F。这种简化对于计算的准确性影响不大。
当拉伸弹簧受轴向拉力F时，弹簧丝槽剖面上的受力情况和压缩弹簧相同，只是扭矩T和切向力Q均为相反的方向。所以上述两种弹簧的计算方法可以一并讲述。
2、弹簧的强度
从受力分析可见，弹簧受到的应力主要为扭矩和横向力引起的剪应力，对于圆形弹簧丝
系数Ks可以理解为切向力作用时对扭应力的修正系数，进一步考虑到弹簧丝曲率的影响，可得到扭应力
式中K为曲度系数。它考虑了弹簧丝曲率和切向力对扭应力的影响。一定条件下钢丝直径
3、弹簧的刚度
圆柱弹簧受载后的轴向变形量
式中n为弹簧的有效圈数；G为弹簧的切变模量。
这样弹簧的圈数及刚度分别为
对于拉伸弹簧，n1>20时，一般圆整为整圈数，n1<20时，可圆整为1/2圈；对于压缩弹簧总圈数n1的尾数宜取1/4、1/2或整圈数，常用1/2圈。为了保证弹簧具有稳定的性能，通常弹簧的有效圈数最少为2圈。C值大小对弹簧刚度影响很大。若其它条件相同时，C值愈小的弹簧，刚度愈大，弹簧也就愈硬；反之则愈软。不过，C值愈小的弹簧卷制愈困难，且在工作时会引起较大的切应力。此外，k值还和G、d、n有关，在调整弹簧刚度时，应综合考虑这些因素的影响。
4、稳定性计算
压缩弹簧的长度较大时，受载后容易发生图a)所示的失稳现象，所以还应进行稳定性的验算。
图a图b图c
为了便于制造和避免失稳现象出现，通常建议弹簧的长径比b=H0/D2按下列情况取为：
弹簧两端均为回转端时，b≤2.6；
弹簧两端均为固定端时，b≤5.3 ；
弹簧两端一端固定而另一端回转时，b≤3.7。
如果b大于上述数值时，则必须进行稳定性计算，并限制弹簧载荷F小于失稳时的临界载荷Fcr。一般取F=Fcr/(2～2.5)，其中临界载荷可按下式计算：
Fcr=CBkH0
式中，CB为不稳定系数，由下图查取。
如果F>Fcr，应重新选择有关参数，改变b值，提高Fcr的大小，使其大于Fmax之值，以保证弹簧的稳定性。若受结构限制而不能改变参数时，就应该加装图b)、c)所示的导杆或导套，以免弹簧受载时产生侧向弯曲。
1 问：什么是弹簧的特性曲线？它与弹簧的刚度有什么关系？定刚度弹簧和变刚度弹簧的特性曲线有何区别？
答：弹簧所受载荷与其变形的关系曲线称为弹簧特性曲线。该特性曲线的斜率值反映弹簧的刚度。定刚度弹簧的特性曲线为直线，而变刚度弹簧的特性曲线为曲线。
2 问：弹簧强度计算和刚度计算的目的是什么？影响圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧强度和刚度的主要因素有哪些？
答：弹簧强度计算的目的是保证弹簧在工作时不出现塑性变形和疲劳破坏。弹簧刚度计算的目的是保证弹簧具有要求的弹性。弹簧强度的影响因素可由公式（16-3）说明。弹簧刚度的影响因素可由公式（16-9）说明。
3 问：已知圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的外载荷为F，试分析只增大弹簧钢丝直径d,有效圈数n,中径D，弹簧变形是增大还是减小？
答：在F作用下，只增大d时，变形减小；只增大n时，变形增大；只增大D时，变形增大。
4 问：现有两个圆柱螺旋拉伸弹簧，若它们的材料，弹簧钢丝直径，弹簧中径，端部结构等完全相同，仅有效圈数不同，试分析它们的强度，刚度大小有何不同。
答：弹簧的强度与有效圈数n无关，弹簧的刚度与有效圈数n成反比
M法的计算土弹簧-刚度
《JTG D63-2007公路桥涵地基与基础设计规范》 桩基土弹簧计算方法 根据地基基础规范中给出的m法计算桩基的土弹簧： 基本公式： K=ab 1 mz ③ 式中： a：各土层厚度 b 1 ：桩的计算宽度 m：地基土的比例系数 z：各土层中点距地面的距离 计算示例： 当基础在平行于外力作用方向由几个桩组成时， b1=0.9×k(d + 1) ① h1=3×(d+1) ∵ d=1.2 ∴ h1=6.6 L1=2m L1＜0.6×h1＝3.96M ∴ k＝b′＋((1－b′)/0.6)×L1/h1 ② 当n1=2时，b′＝0.6 代入②式得：k= 当n1=3时，b′＝0.5 代入②式得：k=0.92087542 当n1≥4时，b′＝0.45 带入②式得：k=0.912962963 将k值带入①式可求得b1， 对于非岩石类地基，③式中m值可在规范表P.0.2-1中查到 对于岩石类地基，③式中m值可由下式求得： m=c/z 其中c值可在表P.0.2-2中查得 将a、b1、m、z带入③可求得K值 m 同时，《08抗震细则》，第6.3.8中规定，对于考虑地震作用的土弹簧， M 动=（2~3倍）M 静 。
桥梁的地震反应分析研究中，考虑桩-土共同作用时，在力学图式中作如下处理。 假定土介质是线弹性的连续介质，等代土弹簧刚度由土介质的动力m 值计算。“m -法”是我国公路桥梁设计中常用的桩基静力设计方法。在此采用的动力m 值最好以实测数据为依据。由地基比例系数的定义可表示为 z zx x z m ??=σ 式中，zx σ是土体对桩的横向抗力，z 为土层的深度，z x 为桩在深度z 处的横向位移(即该处土的横向变位值)。 由此，可求出等代土弹簧的刚度为s K z m b a x x z m b a x A x P K p z z p z zx z s s ???=????===)()(σ 式中，a 为土层的厚度，p b 为该土层在垂直于计算模型所在平面的方向上的宽度，m 值见表1。
弹簧计算公式#(优选.)
记号的含义 螺旋弹簧的设计时候使用的记号如下表1所示。横弹性系数G的值如表2所示。表１.计算时使用的记号及单位 记号记号的含义单位 d 材料的直径mm D1 弹簧内径mm D2 弹簧外径mm D 弹簧平均径mm Nt 总圈数— Na 有效圈数— Hs 试验载荷下的高度mm Hf 自由高度mm c=D/d 弹簧指数— G 横弹性指数N/mm2 P 弹簧所受负荷N δ弹簧的弯曲mm k 弹簧定数N/mm τ0扭转应力N/mm2 τ扭转修正应力N/mm2
记号 记号的含义单位 κ应力修正系数—表2.横弹性系数：G（N/m㎡） 材料G的值 弹簧钢钢材 高碳素钢丝 高强钢丝 油回火钢丝 7.85×104 不锈钢 SUS304 SUS316 SUS631J1 6.85×104 6.85×104 7.35×104黄铜丝 3.9×104锌白铜丝 3.9×104磷青铜丝 4.2×104铍铜丝 4.4×104 螺旋弹簧的设计用基本计算公式 螺旋弹簧的负荷和弹簧定数?弯曲的关系具有线性特征弹簧的负荷和弯曲是成比例的。 从螺旋弹簧的尺寸求弹簧的定数 压缩螺旋弹簧的素線径因扭转而产生弯曲的弹簧定数K 螺旋弹簧的扭转应力
螺旋弹簧的扭转修正应力 螺旋弹簧试验载荷下高度（端面磨削的情况下） 螺旋弹簧两端的各厚度之和 不同材质螺旋弹簧在高温时的机械特性 表3. 不同温度下弹簧的横弹性定数（N/mm2） 材質環境100℃200℃300℃400℃500℃600℃SUP10 通常76500 74300 ————SUS304 耐蚀?高温68100 66200 ————SUS316 耐蚀?高温68100 66200 ————SKD4 高温77000 74700 71600 69000 ——INCONEL X750 耐蚀?高温77700 76600 74700 72800 70900 —INCONEL 718 耐蚀?高温74700 72400 70100 67800 65900 63600 C5191 耐蚀—————— 表4. 不同温度下弹簧的容许应力（N/mm2） 材質応力位置100℃200℃300℃400℃500℃600℃SUP10 τ ０490 410 ———— SUS304 τ ０0.7a 0.5a ————
弹簧弹力计算公式详解
弹簧弹力计算公式详解 压力弹簧、拉力弹簧、扭力弹簧是三种最为常见的弹簧，压力弹簧、拉力弹簧、扭力弹簧的弹力怎么计算，东莞市大朗广原弹簧制品厂为您详解，压力弹簧、拉力弹簧、扭力弹簧的弹力计算公式。 一、压力弹簧 ·压力弹簧的设计数据，除弹簧尺寸外，更需要计算出最大负荷及变位尺寸的负荷; ·弹簧常数：以k表示，当弹簧被压缩时，每增加1mm距离的负荷(kgf/mm); ·弹簧常数公式(单位：kgf/mm)： G=线材的钢性模数：琴钢丝G=8000 ;不锈钢丝G=7300 ，磷青铜线G=4500 ，黄铜线G=3500 d=线径 Do=OD=外径 Di=ID=内径 Dm=MD=中径=Do-d N=总圈数 Nc=有效圈数=N-2 弹簧常数计算范例: 线径=2.0mm , 外径=22mm , 总圈数=5.5圈,钢丝材质=琴钢丝 二、拉力弹簧 拉力弹簧的k值与压力弹簧的计算公式相同 ·拉力弹簧的初张力：初张力等于适足拉开互相紧贴的弹簧并圈所需的力，初张力在弹
簧卷制成形后发生。拉力弹簧在制作时，因钢丝材质、线径、弹簧指数、静电、润滑油脂、热处理、电镀等不同，使得每个拉力弹簧初始拉力产生不平均的现象。所以安装各规格的拉力弹簧时，应预拉至各并圈之间稍为分开一些间距所需的力称为初张力。 ·初张力=P-(k×F1)=最大负荷-(弹簧常数×拉伸长度) 三、扭力弹簧 ·弹簧常数：以k 表示,当弹簧被扭转时，每增加1°扭转角的负荷(kgf/mm). ·弹簧常数公式(单位：kgf/mm): E=线材之钢性模数：琴钢丝E=21000 ,不锈钢丝E=19400 ,磷青铜线E=11200 ,黄铜线E=11200 d=线径 Do=OD=外径 Di=ID=内径 Dm=MD=中径=Do-d N=总圈数 R=负荷作用的力臂 p=3.1416
桩一土相互作用集中质量模型的土弹簧刚度计算方法
桩一土相互作用集中质量模型的土弹簧刚度计算方法 桩一土相互作用集中质量模型的 土弹簧刚度计算方法 孙利民刘东潘龙王君杰 （同济大学桥梁工程系） [摘要]本文针对桥梁柱一土相互作用问题PushOver分析法中, 如何合理地确定土弹簧的刚度和土体的变形的课题进行分析计算。研究了不同地震强度下上弹簧刚度的变化特性，并将Penzien的方法和桥梁设计规范中的 "m法'计算结果进行比较，为桩一土相互作用问题的理论分析和参数选取提供重要的手段和依据。 关键词桩一土相互作用土弹簧刚度土体位移 Penzien模型 m法 一、引言 对于城市高架桥梁、大跨桥梁等桩承重要工程结构，除保证其上部结构的抗震安全性外，在遭受大地震作用时避免其基础受损也十分重要。近几年国外发生的大地震（如日本神户地震等）的震害表明，坐落在软弱土层上的桥梁桩基的震害十分突出，桩土相互作用这一课题又引起了人们的重视。 对于基础坐落在软弱土层上的桥梁结构来说，在地震发生时，桥梁上部结构的惯性力将通过基础反馈给地基，使地基产生局部变形。同时，地基自身也会因地震力作用而发生变形，反过来影响上部结构的反应。这即所谓地基一结构系统的相互作用。考虑地基一结构系统的相互作用的影响，不仅可以更准确地掌握桥梁上部结构的地震反应，对于正确计算土中基础的内力和变形也十分必要。 土与结构相互作用的研究已有近60～70年的历史，待别是近30年来，计算机技术的发展为其提供了有力的分析手段。桩基础是土建工程中广泛采用的基础形式之一，许多建于软土地基上的大型桥梁结构往往都采用桩基础，桩一土动力相互作用又是土一结构相互作用问题中较复杂的课题之一。至今已有不少关于桩基动力特性的研究报告，国内外研究人员[1-8]也提出了许多不同的桩一土动力相互作用计算方法。从研究成果的归类来看，理论上主要有离散理论和连续理论及两者的结合，解决的方法一般有集中质量法、有限元法、边界元法和波动场法。 60～70年代，美国学者J.penzien[9]等在解决泥沼地上大桥动力分析时提出了集中质量法，目前已在国内外得到了广泛的应用。集中质量法将桥梁上部结构多质点体系和桩一土体系的质量联合作为一个整体，来建立整体耦联的地震振动微分方程组进行求解。该模型假定桩侧土是Winkler连续介质。以半空间的Mindlin静力基本解为基础，将桩一土体系的质量按一定的厚度简化并集中为一系列质点，离散成一理想化的参数系统。并用弹簧和阻尼器模拟土介质的动力性质，形成一个包括地下部分的多质点体系。 PenZien方法的优点是可以方便地考虑成层土的非均匀性，非线性和阻尼特性等因素。其计算力学图式中，上下部结构均采用多质点有限元体系，便于直观理解。同时计算比较简便，经过适当的参数调整，该模型可以较好地反映桩的动力性能，因而在桩基桥梁抗震计算的实际工程中应用极广。 桥梁桩基础的抗震设计目前还主要采用静力的方法，土对桩基的作用通过一组等效的弹簧来表示。最近，日本等多地震国家的规范已开始建设使用pushOver的方法。该方法虽为一种非线性的静力分析
用MIDAS模拟桩土相互作用
用M I D A S模拟桩土相 互作用 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
用MIDAS模拟桩-土相互作用（“m法”确定土弹簧刚度） 北京迈达斯技术有限公司 2009年05月 2
1、引言 土与结构相互作用的研究已有近60～70年的历史，待别是近30年来，计算机技术的发展为其提供了有力的分析手段。桩基础是土建工程中广泛采用的基础形式之一，许多建于软土地基上的大型桥梁结构往往都采用桩基础，桩-土动力相互作用又是土-结构相互作用问题中较复杂的课题之一。至今已有不少关于桩基动力特性的研究报告，国内外研究人员也提出了许多不同的桩-土动力相互作用计算方法。从研究成果的归类来看，理论上主要有离散理论和连续理论及两者的结合，解决的方法一般有集中质量法、有限元法、边界元法和波动场法。 60～70年代，美国学者J.penzien等在解决泥沼地上大桥动力分析时提出了集中质量法，目前已在国内外得到了广泛的应用。集中质量法将桥梁上部结构多质点体系和桩一土体系的质量联合作为一个整体，来建立整体耦联的地震振动微分方程组进行求解。该模型假定桩侧土是Winkler连续介质。以半空间的Mindlin静力基本解为基础，将桩-土体系的质量按一定的厚度简化并集中为一系列质点，离散成一理想化的参数系统。并用弹簧和阻尼器模拟土介质的动力性质，形成一个包括地下部分的多质点体系。 土弹簧刚度的确定，除考虑使用较为精确的有限元或边界元方法外，较为简便的方法是采用Penzien模型中提供的土弹簧计算方法或参照现行规范中土弹簧的计算方法。我国公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D63-2007)用的“m 法”计算方法和参数选取方面比Penzien的方法要简单和方便，且为国内广大 3
压力弹簧计算公式
压力弹簧计算公式 压力弹簧 ·压力弹簧的设计数据，除弹簧尺寸外，更需要计算出最大负荷及变位尺寸的负荷； · 弹簧常数：以k表示，当弹簧被压缩时，每增加1mm距离的负荷(kgf/mm)； · 弹簧常数公式（单位：kgf/mm）： G=线材的钢性模数：琴钢丝G=8000 ；不锈钢丝G=7300 ，磷青铜线G=4500 ，黄铜线G=3500 d=线径 Do=OD=外径 Di=ID=内径 Dm=MD=中径=Do-d N=总圈数 Nc=有效圈数=N-2 弹簧常数计算范例:
线径=2.0mm , 外径=22mm , 总圈数=5.5圈 ,钢丝材质=琴钢丝 拉力弹簧 拉力弹簧的 k值与压力弹簧的计算公式相同 ·拉力弹簧的初张力：初张力等于适足拉开互相紧贴的弹簧并圈所需的力，初张力在弹簧卷制成形后发生。拉力弹簧在制作时，因钢丝材质、线径、弹簧指数、静电、润滑油脂、热处理、电镀等不同，使得每个拉力弹簧初始拉力产生不平均的现象。所以安装各规格的拉力弹簧时，应预拉至各并圈之间稍为分开一些间距所需的力称为初张力。 · 初张力=P-（k×F1）=最大负荷-（弹簧常数×拉伸长度） 扭力弹簧
·弹簧常数：以 k 表示,当弹簧被扭转时，每增加1°扭转角的负荷 (kgf/mm). ·弹簧常数公式（单位：kgf/mm）: E=线材之钢性模数：琴钢丝E=21000 ,不锈钢丝E=19400 ,磷青铜线E=11200 ,黄铜线E=11200 d=线径 Do=OD=外径 Di=ID=内径 Dm=MD=中径=Do-d N=总圈数 R=负荷作用的力臂 p=3.1416 大量自学内容可能对你会有帮助https://www.360docs.net/doc/986554167.html,/study.asp?vip=3057729
岩土桩土相互作用土弹簧刚度计算方法
岩土桩土相互作用土弹簧刚度计算方法
一、引言 对于城市高架桥梁、 大跨桥梁等桩承重要工程结构， 除保证其上部结构的抗震安全性外， 在遭受大地震作用时避免其基础受损也十分重要。 近几年国外发生的大地震 （如日本神户地 震等）的震害表明，坐落在软弱土层上的桥梁桩基的震害十分突出，桩土相互作用这一课题 又引起了人们的重视。 对于基础坐落在软弱土层上的桥梁结构来说， 在地震发生时， 桥梁上部结构的惯性力将 通过基础反馈给地基， 使地基产生局部变形。 同时， 地基自身也会因地震力作用而发生变形， 反过来影响上部结构的反应。 这即所谓地基一结构系统的相互作用。 考虑地基一结构系统的 相互作用的影响， 不仅可以更准确地掌握桥梁上部结构的地震反应， 对于正确计算土中基础 的内力和变形也十分必要。 土与结构相互作用的研究已有近 60～70 年的历史， 待别是近 30 年来， 计算机技术的发 展为其提供了有力的分析手段。 桩基础是土建工程中广泛采用的基础形式之一， 许多建于软 土地基上的大型桥梁结构往往都采用桩基础， 桩一土动力相互作用又是土一结构相互作用问 题中较复杂的课题之一。 至今已有不少关于桩基动力特性的研究报告， 国内外研究人员[1-8] 也提出了许多不同的桩一土动力相互作用计算方法。 从研究成果的归类来看， 理论上主要有 离散理论和连续理论及两者的结合，解决的方法一般有集中质量法、有限元法、边界元法和 波动场法。 60～70 年代，美国学者 J.penzien[9]等在解决泥沼地上大桥动力分析时提出了集中质量 法， 目前已在国内外得到了广泛的应用。 集中质量法将桥梁上部结构多质点体系和桩一土体 系的质量联合作为一个整体， 来建立整体耦联的地震振动微分方程组进行求解。 该模型假定 桩侧土是 Winkler 连续介质。以半空间的 Mindlin 静力基本解为基础，将桩一土体系的质量 按一定的厚度简化并集中为一系列质点， 离散成一理想化的参数系统。 并用弹簧和阻尼器模 拟土介质的动力性质，形成一个包括地下部分的多质点体系。 PenZien 方法的优点是可以方便地考虑成层土的非均匀性，非线性和阻尼特性等因素。 其计算力学图式中，上下部结构均采用多质点有限元体系，便于直观理解。同时计算比较简 便，经过适当的参数调整，该模型可以较好地反映桩的动力性能，因而在桩基桥梁抗震计算 的实际工程中应用极广。 桥梁桩基础的抗震设计目前还主要采用静力的方法， 土对桩基的作用通过一组等效的弹 簧来表示。最近，日本等多地震国家的规范已开始建设使用 pushOver 的方法。该方法虽为 一种非线性的静力分析方法， 但可以等效地反应结构与土相互作用的主要动力特性， 而且计 算简单，便于应用于工程设计。包括桩基在内的桥梁系统的 PushOver 计算除考虑上部结构 惯性力的作用外， 还要考虑地基土的水平变形对桩基的作用。 已往往后者对桩基的抗震性能 评价起决定性的作用。 在建立计算图式时， 合理地确定土弹簧的水平刚度和土的侧向变形是 PushOver 方法的关键。土弹簧刚度的确定，除考虑使用较为精确的有限元或边界元方法外， 较为简便的方法是采用 Penzien 模型中提供的土弹簧计算方法或参照现行规范中土弹簧的计
弹簧计算公式
胡克弹性定律指出，在弹性极限范围内，弹簧的弹性力f 与弹簧的长度x 成正比，即f =-kx，k 是一个物体的质量弹性系数，该系数由材料的性质决定，负号表示弹簧产生的弹性力与其延伸(或压缩)方向相反弹簧常数: 以k 表示，当弹簧被压缩时，载荷(kgf/mm)增加1mm 的距离，弹簧常数公式(单位: kgf/mm) : k = (g d4)/(8dm3 nc) g = 钢丝的刚度模量: 钢琴丝g = 8000; 不锈钢丝g = 7300; 磷青铜丝g = 4500;黄铜丝g = 3500d = 线径= 0d = 外径= id = 内径= md = 中径= do-dn = 转速总数弹簧常数的计算例子: 线径= 2.0 mm，外径= 22 mm，总匝数= 5。5圈，钢丝材料= 钢琴钢丝k = (gxd4)/(8xdm3xnc) = (8000x24)/(8x203x3.5) = 0.571 kg f/mmpull，张力弹簧的k 值与压力弹簧的k 值相同。 张力弹簧的初始张力: 初始张力等于拉开彼此接近的弹簧所需的力，并发生在弹簧轧制成型之后。在制作张力弹簧时，由于钢丝材质、线径、弹簧指数、静电现象、油脂、热处理、电镀等的不同，使得各张力弹簧的初始张力不均匀。因此，在安装各种规格的张力弹簧时，应该预张力到平行弯道之间一定距离的力称为初张力。 初始张力= p-(kxf1) = 最大载荷-(弹簧常数x 拉伸长度)扭转弹簧常数: 以k 表示，当弹簧扭转时，载荷(kgf/m)增加1个扭转角。弹簧常数(单位: kgf/mm) : k = (exd #)/(1167 xdmxpnxr) e = 钢丝的刚度模量: 钢琴线e = 21000，不锈钢线e = 19400，磷青铜线e =
地基土弹簧基床系数
1 基床反力系数K值的理解和确定 1.1基床反力系数K值的物理意义：单位面积地表面上引起单位下沉所需施加的力。基床反力系数K值的影响因素包括：基床反力系数K值的大小与土的类型、基础埋深、基础底面积的形状、基础的刚度及荷载作用的时间等因素。试验表明，在相同压力作用下，基床反力系数K随基础宽度的增加而减小，在基底压力和基底面积相同的情况下，矩形基础下土的K值比方形的大.对于同一基础，土的K值随埋置深度的增加而增大。试验还表明，粘性土的K值随作用时间的增长而减小。因此，K值不是一个常量，它的确定是一个复杂的问题。 1.2 基床反力系数K值的计算方法 （a）静载试验法：静载试验法是现场的一种原位试验，通过此种方法可以得到荷载-沉降曲线（即P-S曲线），根据所得到的P-S曲线，则K值的计算公式如下：K=P2-P1/S2-S1；其中，P2、P1分别为基底的接触压力和土自重压力，S2、S1——分别为相应于P2、P1的稳定沉降量。静载试验法计算出来的K值是不能直接用于基础设计的，必须经太沙基修正后才能使用，这主要是因为此种方法确定K值时所用的荷载板底面积远小于实际结构的基础底面积，因此需要对K值进行折减（HiStruct注：折减要适当且有依据）。（b）按基础平均沉降Sm反算：用分层总和法按土的压缩性指标计算若干点沉降后取平均值Sm，得 K=p/ Sm 式中p为基底平均附加压力，这个方法对把沉降计算结果控制在合理范围内是非常重要的。用这种方法计算的k值不需要修正，JCAD在“桩筏筏板有限元计算”中使用的就是这种方法。 （c）经验值法 JCCAD说明书附录二中建议的K值。 1.3 讨论 基床反力系数K是基础设计中非常重要的一个参数，因为它的大小直接影响到地基反力的大小和基础内力。因此，合理地确定此参数的大小就显得至关重要。 1.3.1已知沉降算K值:JCCAD软件在“桩筏筏板有限元计算”中，K值的计算公式为：“板底土反力基床系数建议（kN/m3）”=“总面荷载值（准永久值）”/“平均沉降S1（m）”。 1.3.2不知道沉降算K值:如果设计人员无法准确预估沉降量，而按经验值法输入K值，或者采用程序提供的建议值。这两种方法产生的K值在很多情况下会有很大的差别，有时甚至相差一个数量级。这主要是因为采用经验值法计算出的K值不仅受人为因素的影响很大，而且其考虑的因素比较粗糙的缘故。而采用程序提供的建议值时，只要输入的地质资料准确无误，则程序计算出的结构平均基床反力系数K一般是可以接受（Histruct注，请务必理解JCCAD的刚度K计算和修正原理！）。 1.3.3 对于某些工程，若基础埋深比较大，当基础开挖的土体重量大于结构本身重量时，地基土产生回弹，则程序将无法给出K的建议值。此时设计人员可以考虑回弹再压缩，用结构“总面荷载值（准永久 值）”/“回弹再压缩沉降值（mm）”得到基床反力系数K值。 1.3.4 JCCAD中附录给出的K值很大，计算可能会比它小一个数量级的原因：1）来源于苏联规范，正常用于路基上枕木、轨道计算（压力泡小，与表层土相关）。2）没有考虑压缩深度的影响，没有考虑荷载大小的影响，建筑物宽度方向也在几十米多。3）原有研究成果没有考虑上部结构的影响。4）计算内力反映的变形与实际的沉降不是一个量级。（HiStruct对这些原因的说法持保留意见） 1.4建议 建议：a、取用附录给出的K值，不考虑上部结构共同作用。b、如取沉降反算的值，应考虑上部结构共同作用。 HiStruct 注，一般来说取沉降反算法对于大部分筏板合理，建议可以采用中点沉降，并根据筏板特征适当提高边缘区域的K值，而对于大型的地下室筏板，采用平均值计算或者用附录给出的K值可适当选择采用。而其它关于桩筏基础设计中群桩的弹簧刚度取值，承台下土的分担，基础设计建议等，可以联系本人咨询。 基床系数: 基床反力系数(温克尔系数) 弹性半空间地基上某点所受的法向压力与相应位移的比值。又称温克尔系数 基床反力系数K应如何取值？
关于倒楼盖法与弹性地基梁法的讨论
关于倒楼盖法与弹性地基梁法的讨论 倒楼盖法和弹性地基梁板法，具体为： （1）弹性地基梁板模型采用的是文克尔假定，地基梁内力的大小受地基土弹簧刚度的影响，而倒楼盖模型中的梁只是铺钢筋混凝土梁，其内力的大小只与板传给它的荷载有关，而与地基土弹簧刚度无关。 （2）由于模型的不同，实际梁受到的反力也不同，弹性地基梁板模型支座反力大，跨中反力小。而倒楼盖模型中的反力只是均布荷载。 （3）弹性地基梁板模型考虑了整体弯曲变形的影响，而倒楼盖模型的底板只是一块刚性板，不受整体弯曲变形的影响。 （4）由于倒楼盖模型的底板只是一块刚性板，因此各点的反力均相同，由此计算得到的梁端剪力无法与柱子的荷载相平衡，而弹性地基梁板模型计算出来的梁端剪力与柱子的荷载是相平衡的。 现有条件下，筏板基础的计算方法主要有简化计算法（倒楼盖法），弹性地基梁板法，有限元分析法等，另外还有考虑上部结构与地基基础共同作用的分析方法等。 简化计算方法假定基底压力按直线分布，基础为倒置的平面楼盖，按结构力学方法求解构力； 弹性地基梁板法假定地基是弹性体，基础是置于这一弹性体上的梁或板，根据内力和变形等条件的协调，进行内力分析。按照计算模型的不同，又分为文克尔地基模型的弹性地基梁板法和分层总和法地基模型的弹性地基梁板法； 有限元法是指按照上述模型，将筏板基础离散成梁单元或板单元，再按照有限元方法进行求解； 上部结构与地基基础共同作用的分析方法是把上部结构、基础与地基三者作为一个共同工作的整体来研究，假定上部结构与基础、基础与地基连接界面处变形协调，整个系统满足静力平衡条件，进行内力分析。 《地基基础规范》（GB50007-2011）8.4.14条规定，“当地基土比较均匀、地基压缩层范围内无软弱土层或可液化土层、上部结构刚度较好、柱网和荷载较均匀、相邻柱荷载及柱间距的变化不超过20%，且梁板式筏基梁的高跨比或平板式筏基板的厚跨比不小于1/6时，筏形基础可仅考虑局部弯曲作用。筏形基础的内力，可按基底反力直线分布进行计算，……当不满足上述要求时，筏基内力可按弹性地基梁板方法进行分析计算”。 需补充说明的是，由于计算理论和工程经验的不完善，上述计算方法均存在不同程度的不合理方面。由于实际筏形基础的地基反力，既不是直线分布，也不很符合弹性地基理论的计算结果，因此，不同的计算方法、不同的假定条件下，其计算结果差异较大。设计时，应根据岩土工程经验，划定实际状态可能出现的上界与下届，分析实际状态的偏向，确定较合理的结果。在方案阶段可采用计算较为简单的简化计算方法进行概念分析；施工图阶段时，可按有限单元法进行进一步分析，并结合其他方法进行复核。
弹簧参数、尺寸及计算公式
弹簧参数及尺寸 一、小型圆柱螺旋拉伸弹簧尺寸及参数 1、弹簧的工作图及形式 1.1 工作图样的绘制按GB4459、4规定。 1.2 弹簧的形式分为A型和B型两种。 2、材料弹簧材料直径为0.16~0.45mm，并规定使用GB4357中B组钢丝或YB(T)11中B组钢丝。采用YB(T)11中B组钢丝时，需在标记中注明代号“S”。 3、制造精度弹簧的刚度、外径、自由长度按GB1973规定的3级精度制造。如需按2级精度制造时，加注符号“2”，但钩环开口尺寸均按3级精度制造。 4、旋向弹簧的旋向规定为右旋。如需左旋应在标记中注明“左”。 5、钩环开口弹簧钩环开口宽度a为0.25D~0.35D。注：D为弹簧中径。 6、表面处理 6.1采用碳素弹簧钢丝制造的弹簧，表面一般进行氧化处理，但也可进行镀锌、镀镉、磷化等金属镀层及化学处理。其标记方法应按GB1238的规定。 6.2采用弹簧用不锈钢丝制造的弹簧，必要时可对表面进行清洗处理，不加任何标记。 7、标记 7.1标记的组成弹簧的标记由名称、型式、尺寸、标准编号、材料代号(材料为弹簧用不锈钢丝时)以及表面处理组成。规定如下： 7.2标记示例 例1:A型弹簧，材料直径0.20mm，弹簧中径3.20mm，自由长度8.80mm，左旋，刚度、外径和自由长度的精度为2级，材料为碳素弹簧钢丝B组，表面镀锌处理。 标记:拉簧A0.20*3.20*8.80-2左GB1973.2——89-D-Zn 例2：B型弹簧，材料直径0.40mm，弹簧中径5.00mm，自由长度17.50mm，右旋，刚度、外径和自由长度的精度为3级，材料为弹簧用不锈钢丝B组。 标记：拉簧B0.40*5.00*17.50 GB1973.2--89-S 8、计算依据标准中的计算采用如下基本公式： 切应力(N/mm²)：τ=(8PDK)/(πd³) 变形量(mm)：F=(8PD³n)/ Gd4 弹簧钢度(N/mm):P′=P/ F=(Gd4)/(8D³n) 曲度系数：K =(4C-1)/(4C-4)+ (0.615)/C 旋转比：C =D/d 自由长度(mm)：H。=(n+1.5)d+ 2Dι 弹簧钢丝展开长度(mm)：L≈(n + 2)πD 弹簧单件质量(mg):m≈(πd²/4)Lρ 注：ρ为弹簧材料密度，取ρ=7.85mg/mm³。初拉力P的计算公式与初应力τ。的选取范围：P。=(πd³/8D)τ。 ∵P。=(πd³/8D)π。取π。C≈60， 则：P。=(πd³/8D)·(60/C)=(23.56d4)/D² 式中：D为弹簧的中径。 当选取初拉力时，推荐初拉力τ。值在图A1阴影区域内选取。本标准中的τ。是按照关系式τ。C≈60确定的，即取τ。上下限的近似中点而算出P。值。 二、小型圆柱螺旋压缩弹簧尺寸及参数 1、弹簧的工作图及型式 1.1 工作图样的绘制按GB 4459.4的规定。 1.2 弹簧的形式分为两端圈并紧不模型(YⅡⅠ)和两端圈并紧磨平型(YⅠ)两种。
用MIDAS模拟桩土相互作用
用MIDAS模拟桩-土相互作用（“m法”确定土弹簧刚度） 迈达斯技术 2009年05月
1、引言 土与结构相互作用的研究已有近60～70年的历史，待别是近30年来，计算机技术的发展为其提供了有力的分析手段。桩基础是土建工程中广泛采用的基础形式之一，许多建于软土地基上的大型桥梁结构往往都采用桩基础，桩-土动力相互作用又是土-结构相互作用问题中较复杂的课题之一。至今已有不少关于桩基动力特性的研究报告，国外研究人员也提出了许多不同的桩-土动力相互作用计算方法。从研究成果的归类来看，理论上主要有离散理论和连续理论及两者的结合，解决的方法一般有集中质量法、有限元法、边界元法和波动场法。 60～70年代，美国学者J.penzien等在解决泥沼地上大桥动力分析时提出了集中质量法，目前已在国外得到了广泛的应用。集中质量法将桥梁上部结构多质点体系和桩一土体系的质量联合作为一个整体，来建立整体耦联的地震振动微分方程组进行求解。该模型假定桩侧土是Winkler连续介质。以半空间的Mindlin静力基本解为基础，将桩-土体系的质量按一定的厚度简化并集中为一系列质点，离散成一理想化的参数系统。并用弹簧和阻尼器模拟土介质的动力性质，形成一个包括地下部分的多质点体系。 土弹簧刚度的确定，除考虑使用较为精确的有限元或边界元方法外，较为简便的方法是采用Penzien模型中提供的土弹簧计算方法或参照现行规中土弹簧的计算方法。我国公路桥涵地基与基础设计规(JTG D63-2007)用的“m法”计算方法和参数选取方面比Penzien的方法要简单和方便，且为国广大工程师所熟.“m法”的基本原理是将桩作为弹性地基梁，按Winkler假定（梁身任一点的土抗力和该点的位移成正比）求解。但是，由于桩-土相互作用的实验数据不足，土的物性取值有时亦缺乏合理性，在确定土弹簧的刚度时，仍有不少问题未能很好解决。特别是，“m法”中m的取值对弹簧刚度的计算结果影响很大，且不能反映地震波的频率特性和强度带来的影响。 本次介绍的土弹簧的模拟是采用规中的“m法”确定土的地基系数C（m的取值根据土的物性而定）,再由其算出土弹簧的水平刚度。
弹簧弹力计算公式
弹力计算公式压力弹簧 初拉力计算 F0=〖｛π3.14×d 3 ｝÷(8×D)〗×79mpa F0=｛3.14×(5×5×5)÷(8×33)｝×79=117 kgf 1.压力弹簧的设计数据，除弹簧尺寸外，更需要计算出最大负荷及变位尺寸的负荷； 2.弹簧常数：以k表示，当弹簧被压缩时，每增加1mm距离的负荷(kgf/mm)； 3.弹簧常数公式（单位：kgf/mm）； K=(G×d4)/(8×D3×Nc) G=线材的钢性模数：琴钢丝G=8000 ；不锈钢丝G=7300 ，60Si2MnA钢丝G=7900，磷青铜线G=4500 ，黄铜线G=3500 d=线径(钢丝直径) D=中径 N=总圈数 Nc=有效圈数 F=运动行程(550mm) 弹簧常数计算范例： 线径=5.0mm , 中径=20mm , 有效圈数=9.5圈,钢丝材质=不锈钢丝 K=(G×d4)/(8×D3×Nc)=(7900×54)/(8×203×9.5)=8.12kgf/m m×(F=100)=812 kgf 拉力弹簧
拉力弹簧的初张力：初张力等于适足拉开互相紧贴的弹簧并圈所需的力，初张力在弹簧卷制成形后发生。拉力弹簧在制作时，因钢丝材质、线径、弹簧指数、静电、润滑油脂、热处理、电镀等不同，使得每个拉力弹簧初始拉力产生不平均的现象。所以安装各规格的拉力弹簧时，应预拉至各并圈之间稍为分开一些间距所需的力称为初张力。 初张力=P-（k×F1）=最大负荷-（弹簧常数×拉伸长度） 扭力弹簧 弹簧常数：以k 表示,当弹簧被扭转时，每增加1°扭转角的负荷(kgf/mm) 弹簧常数公式（单位：kgf/mm）： K=(E×d4)/(1167×D×p×N×R) E=线材之钢性模数：琴钢丝E=21000，不锈钢丝E=19400 ，磷青铜线E=11200 ，黄铜线E=11200 d=线径(钢丝直径) D=中径 N=总圈数 R=负荷作用的力臂 p=3.1416
弹簧弹力计算公式
弹簧弹力计算公式 Revised by Liu Jing on January 12, 2021
弹力计算公式 压力弹簧 初拉力计算 F0=〖｛π3.14×d3｝÷(8×D)〗×79mpa F0=｛3.14×(5×5×5)÷(8×33)｝×79=117 kgf 1.压力弹簧的设计数据，除弹簧尺寸外，更需要计算出最大负荷及变位尺寸的 负荷； 2.弹簧常数：以k表示，当弹簧被压缩时，每增加1mm距离的负荷(kgf/mm)； 3.弹簧常数公式（单位：kgf/mm）； K=(G×d4)/(8×D3×Nc) G=线材的钢性模数：琴钢丝G=8000 ；不锈钢丝G=7300 ，60Si2MnA钢丝 G=7900，磷青铜线G=4500 ，黄铜线G=3500 d=线径(钢丝直径) D=中径 N=总圈数 Nc=有效圈数 F=运动行程(550mm) 弹簧常数计算范例： 线径=5.0mm , 中径=20mm , 有效圈数=9.5圈 ,钢丝材质=不锈钢丝 K=(G×d4)/(8×D3×Nc)=(7900×54)/(8×203×9.5)=8.12kgf/mm×(F=100)=812 kgf 拉力弹簧
拉力弹簧的初张力：初张力等于适足拉开互相紧贴的弹簧并圈所需的力，初张力在弹簧卷制成形后发生。拉力弹簧在制作时，因钢丝材质、线径、弹簧指数、静电、润滑油脂、热处理、电镀等不同，使得每个拉力弹簧初始拉力产生不平均的现象。所以安装各规格的拉力弹簧时，应预拉至各并圈之间稍为分开一些间距所需的力称为初张力。 初张力=P-（k×F1）=最大负荷-（弹簧常数×拉伸长度） 扭力弹簧 弹簧常数：以 k 表示,当弹簧被扭转时，每增加1°扭转角的负荷 (kgf/mm) 弹簧常数公式（单位：kgf/mm）： K=(E×d4)/(1167×D×p×N×R) E=线材之钢性模数：琴钢丝E=21000 ，不锈钢丝E=19400 ，磷青铜线 E=11200 ， 黄铜线E=11200 d=线径(钢丝直径) D=中径 N=总圈数 R=负荷作用的力臂 p=3.1416
弹簧弹性势能公式的六种推导方法
弹簧弹性势能公式的六种推导方法 摘要：本文用六种不同的方法，从六种不同的角度推导出弹簧弹性势能的表达式。 关键词：弹性势能，微元，积分，振动方程 我们知道，弹簧的弹性势能的表达式为2 2 1kx E p = ，k 为弹簧的劲度系数，x 为弹簧的形变量。但很多教材及教辅中都是直接给出公式，少有推导过程。笔者现用如下六种方法来推导弹簧弹性势能的表达式，加深读者理解和记忆，方便学习。 下文中，为方便讨论，忽略弹簧的质量及一切摩擦，且研究的都是水平弹簧振子，但推导出的结果适用于任何情况下的弹簧。 1 微元法 弹簧的弹性势能等于自势能零点开始保守力做功的负值。外力拉弹簧时，外力的功与弹簧反抗形变而施于外界之力做的功大小相等而符号相反，因此，弹性势能等于自势能零点开始外力做功的正值[1]。 取弹簧自由端为势能零点。设弹簧在外力F 的作用下发生形变量x ，将这个形变过程等分成很多小段，如n 段，那么每一小段中可近似认为拉力是不变的。 第1小段形变量22 11111...n x k x F W n x k F n x x =?===?，拉力的功，拉力 第2小段形变量22 222222..2.n x k x F W n x k F n x x =?===?，拉力的功，拉力 第3小段形变量22 333333..3.n x k x F W n x k F n x x =?===?，拉力的功，拉力 第n 小段形变量22 ...n nx k x F W n nx k F n x x n n n n n =?===?，拉力的功，拉力 所以，拉力的总功为
()()2 1. 321.3.2..2222 2 2222222321+=++++=++++=++++=n n n kx n n kx n nx k n x k n x k n x k W W W W W n 当2 2222 12.kx n n kx W n ==∞→时，。因为弹性势能等于自势能零点开始外力做功的 正值，所以弹簧的弹性势能2 2 1kx W E P ==。 2 动能定理法 取弹簧自由端为势能零点。设F 缓慢拉弹簧使其发生形变量x 。缓慢拉动意味着每一个位置都可看作是平衡状态，动能的变化0=?k E 。弹簧的弹力kx F =，因为F 与x 是线性关系，所以弹力的平均值为kx F 2 1 = ，外力F 的平均值也为kx 2 1 ，方向与弹簧弹力方向相反。设弹簧反抗外力做功为W ，由动能定理得 2 2 1 kx x F W W x F -=-=∴=+ 因弹簧弹性势能等于自势能零点开始保守力做功的负值，所以2 2 1kx W E P =-=。 3 积分法 取弹簧自由端为势能零点。设弹簧形变一微小量dx ，弹力做功为dW 。 k x d x F d x dW -=-= 两边积分： ??-=x k x d x dW 0 221kx W -=∴ 所以弹簧的弹性势能22 1 kx W E P =-=。 4 机械能守恒法
m法的计算步骤N
公路桩基土弹簧计算方法公路桩基土弹簧计算方法 根据地基基础规范中给出的m 法计算桩基的土弹簧法计算桩基的土弹簧：： 基本公式基本公式：： K=ab 1mz mz ③③ 式中式中：： a 为各土层厚度为各土层厚度 b b11为基础的计算宽度为基础的计算宽度 m 为地基土的比例系数为地基土的比例系数 z 为各土层中点距为各土层中点距地面地面地面的距离的距离的距离 当基础在平行于外力作用方向由几个桩组成时当基础在平行于外力作用方向由几个桩组成时，， b1=0.9b1=0.9××k(d + 1)k(d + 1) ①① h1=3h1=3××(d+1)(d+1) ∵ d= d=1.21.21.2 ∴ h1= h1=6.66.66.6 L1=2m L1=2m L1L1＜＜0.60.6××h1h1＝＝3.96M 3.96M ∴ k k＝＝b ′＋((1((1－－b ′)/0.6))/0.6)××L1/h1 L1/h1 ②② 当n1=n1=22时，b ′＝0.0.66 代入②式得式得：：k=k= 当n1=3时，b ′＝0.50.5 代入②式得式得：：k=0.k=0.920875429208754292087542 当n1n1≥≥4时，b ′＝0.450.45 带入带入②②式得式得：：k=0.k=0.912962963912962963912962963 将k 值带入值带入①①式可求得b1b1，， 对于非岩石类地基对于非岩石类地基，，③式中m 值可在规范值可在规范表表6.5中查到中查到 对于岩石类地基对于岩石类地基，，③式中m 值可由下式求得值可由下式求得：： m=c/z m=c/z 其中c 值可在表6.6中查得中查得 将a 、b1b1、、m 、z 带入带入③③可求得K 值 桥梁的地震反应分析研究中桥梁的地震反应分析研究中，，考虑桩考虑桩--土共同作用时土共同作用时，，在力学图式中作如下处理作如下处理。。 假定土介质是线弹性的连续介质假定土介质是线弹性的连续介质，， 等代土弹簧刚度由土介质的动力m 值计算值计算。。 “m -法”是我国公路桥梁设计中常用的桩基静力设计方法。在此采用的动力m 值最好以实测数据为依据值最好以实测数据为依据。。 由地基比例系数的
弹簧弹力计算A
弹簧弹力计算 压力弹簧的设计数据，除弹簧尺寸外，更需要计算出最大负荷及变位尺寸的负荷； 弹簧常数：以k表示，当弹簧被压缩时，每增加 1mm距离的负荷(kgf/mm)； 弹簧常数公式（劲度系数）（单位：kgf/mm）：K=(G×ｄ４)／（８×Ｄｍ３×Ｎｃ） G=线材的钢性模数：琴钢丝G=8000 ；不锈钢丝G=7300；磷青铜线G=4500 ；黄铜线G=3500 d=线径 Do=OD=外径 Di=ID=内径 Dm=MD=中径=Do-d N=总圈数 Nc=有效圈数=N-2 弹簧常数计算范例:线径=2.0mm , 外径=22mm , 总圈数=5.5圈 ,钢丝材质=琴钢丝 K=(G×ｄ４)／（８×Ｄｍ３×Ｎｃ）＝（８０００×２４）／（８×２０３×３．５）＝０．５７１ｋｇｆ／ｍｍ 拉力弹簧 拉力弹簧的 k值与压力弹簧的计算公式相同。 拉力弹簧的初张力：初张力等于适足拉开互相紧贴的弹簧并圈所需的力，初张力在弹簧卷制成形后发生。拉力弹簧在制作时，因钢丝材质、线径、弹簧指数、静电、润滑油脂、热处理、电镀等不同，使得每个拉力弹簧初始拉力产生不平均的现象。所以安装各规格的拉力弹簧时，应预拉至各并圈之间稍为分开一些间距所需的力称为初张力。 初张力=P-（k×F1）=最大负荷-（弹簧常数×拉伸长度） 扭力弹簧 弹簧常数：以 k 表示,当弹簧被扭转时，每增加1°扭转角的负荷(kgf/mm). 弹簧常数公式（单位：kgf/mm）: K=(Ｅ×ｄ４)／（１１６７×Ｄｍ×ｐ×Ｎ×Ｒ） E=线材之钢性模数：琴钢丝E=21000 ,不锈钢丝E=19400 ,磷青铜线E=11200,黄铜线E=11200 d=线径 Do=OD=外径 Di=ID=内径 Dm=MD=中径=Do-d N=总圈数 R=负荷作用的力臂 p=3.1416
拉压扭簧计算公式弹簧刚度计算
弹簧刚度计算 压力弹簧 · 压力弹簧的设计数据，除弹簧尺寸外，更需要计算出最大负荷及变位尺寸的负荷； · 弹簧常数：以k表示，当弹簧被压缩时，每增加1mm距离的负荷(kgf/mm)； · 弹簧常数公式（单位：kgf/mm）： G=线材的钢性模数：碳钢丝G=79300 ；不锈钢丝G=697300，磷青铜线G=4500 ，黄铜线G=350 d=线径 Do=OD=外径 Di=ID=内径 Dm=MD=中径=Do-d N=总圈数 Nc=有效圈数=N-2 拉力弹簧 拉力弹簧的 k值与压力弹簧的计算公式相同 ·拉力弹簧的初张力：初张力等于适足拉开互相紧贴的弹簧并圈所需的力，初张力在弹簧卷制成形后发生。拉力弹簧在制作时，因钢丝材质、线径、弹簧指数、静电、润滑油脂、热处理、电镀等不同，使得每个拉力弹簧初始拉力产生不平均的现象。所以安装各规格的拉力弹簧时，应预拉至各并圈之间稍为分开一些间距所需的力称为初张力。
· 初张力=P-（k×F1）=最大负荷-（弹簧常数×拉伸长度） · 拉力弹簧的设计数据，除弹簧尺寸外，更需要计算出最大负荷及变位尺寸的负荷； · 弹簧常数：以k表示，当弹簧被拉伸时，每增加1mm距离的负荷(kgf/mm)； · 弹簧常数公式（单位：kgf/mm）： G=线材的钢性模数：碳钢丝G=79300 ；不锈钢丝G=697300，磷青铜线G=4500 ，黄铜线G=350 d=线径 Do=OD=外径 Di=ID=内径 Dm=MD=中径=Do-d N=总圈数 扭力弹簧 · 弹簧常数：以 k 表示,当弹簧被扭转时，每增加1°扭转角的负荷 (kgf/mm). · 弹簧常数公式（单位：kgf/mm）: E=线材之钢性模数：琴钢丝E=21000 ,不锈钢丝E=19400 ,磷青铜线E=11200，黄铜线E=11200 d=线径 Do=OD=外径 Di=ID=内径 Dm=MD=中径=Do-d N=总圈数
土弹簧计算
等代土弹簧刚度ks 计算 参照《土力学与基础工程》（赵明华主编）中的“地基土横向抗力系数的比例系数m 值”， 桩的计算宽度可按下式计算，且：d b 21≤: 当时m d 0.1≥ )1(1+=d kk b f 当时m d 0.1∠ )5.05.1(1+=d kk b f 当桩m d 0.1∠、单排桩或116.0h L ≥的多排桩K=1.0 对的多排桩116.0h L 1 1226.01h L b b k ?-+ = 式中：1b —桩的计算宽度（m ） d —桩径或垂直于水平外力作用方向桩的宽度（m ） f k —桩形状换算系数，视水平力作用面（垂直于水平力 作用方向）而定，圆形或圆端截面9.0=f k ；矩形截面0.1=f k ；对圆端形与矩形组合截面d a k f 1.01-= k —桩间相互影响系数； 1L —平行于水平力作用方向的桩间净距；梅花形布桩时， 若相邻两排桩中心距c 小于（d+1）m 时，可按水平力作用面各桩间的投影距离计算。 1h —地面或局部冲刷线以下桩的计算埋入深度，可取1h =3 （d+1）,但不得大于地面或局部冲刷线以下桩入土深度h . 2b —平行于水平力作用方向的一排桩的桩数n 有关系数， 当n=1时，2b =1.0；n=2时，2b =0.6；n=3时，2b =0.5；n ≧4时，2b =0.45； 采用式-1公式计算土弹簧刚度ks 。 mz ab k s 1= 式-1 式中：a ——计算位置所处的土层厚度，取每个单元长度a=1.0m 。
z——计算位置土层深度 m——水平地基抗力系数 M值列表 注：①I 为粘性土的液限指数；②地下连续墙在计算土体面或开挖面处的水平变L 位大于10mm时，取表中较小值。