本发明涉及盾构隧道管片测量领域，具体涉及一种用于测试管片接头不同轴力下抗弯承载力的装置及方法，尤其涉及一种用于检测隧道管片接头不同轴力情况下弯矩破坏极限承载力的模型装置及方法。
背景技术：
1、这些年来我国的地下空间有序且快速的发展，地铁的建设也愈发成熟，各大城市铁路线的开通为社会各界提供了更加便利多元的生活场景。然而由于不同地区土层复杂，地质条件也存在较大的差异，同时在地下工程施工过程中可能存在缺陷，所以在施工期和运营期间都有可能发生安全事故，一旦地下工程发生事故，将不可避免对工程本身及周围结构物造成极大破坏，同时也会对人们的生命财产安全造成极大的威胁。
2、盾构隧道是通过暗挖法施工的全机械化施工隧道，由混凝土管片拼接而成，这样的拼接方法将不可避免的导致隧道接头强度和刚度不连续不均匀，接缝部位比管身部位薄弱。当盾构隧道局部管片产生接头破坏的情况下，有可能导致沿隧道纵向产生逐环连续破坏，而隧道接头作为隧道整体结构的薄弱位置，其强度的精确测量也是至关重要的。
3、目前常见的隧道管片接头强度检测装置都是以原型尺寸为试验对象进行检测的，装置体积过大。对于非足尺尺寸隧道模型管片没有很好的接头强度检测装置。而隧道管片接头抗弯承载力和轴力大小直接相关，轴力不同，管片接头抗弯承载力大小也不同，如下图1所示为原型隧道管片接头在不同轴力加载下极限承载力弯矩包络图，传统的试验装置中，由于隧道管片形状为弧形，如何给弧形管片接头施加恒定的轴向力还没有良好的解决方法，同时保证隧道轴向力不变的情况下，对隧道管片施加竖向力的加载方法目前还没有室内试验装置可以完成。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术中存在的不足，设计一种用于检测隧道管片接头不同轴力情况下弯矩破坏极限承载力的装置与检测方法。第一解决现有装置体积过大，只能用于检测大比例尺隧道管片接头的强度，不能用于检测小比例尺隧道管片接头强度的问题，本发明设计的检测方法可以适用于任何尺寸的管片接头承载力检测；第二可以很好的实现在管片所受轴力不变的情况下，持续施加竖向力的加载方法。
2、所述技术方案如下：
3、一种用于测试管片接头不同轴力下抗弯承载力的装置，应用于检测带有拼接头的拼装管片，包括纵向推力机构和水平推力机构，其中：
4、纵向推力机构，其包括推力执行结构、推力采集结构和用于向拼装管片左右两段施加对称等大小的纵向推力的纵向力施加结构，所述推力采集结构和纵向力施加结构设置在推力执行结构的执行端；
5、水平推力机构，其包括一组用于搭载拼装管片的底部端头的水平定位结构和用于分别向拼装管片左右两段施加固定的水平力的水平力施加结构。
6、在一个实施例中，所述装置还包括加载平台，所述加载平台的底部设置有加载平台支撑龙骨，使整个装置垂直地面放置。
7、在一个实施例中，所述推力执行结构为通过气泵连接调压阀控制的圆筒型气缸，所述加载平台上焊接有用于安装圆筒型气缸的固定支架。
8、在一个实施例中，所述推力采集结构为通过螺栓连接在圆筒型气缸的推力杆上的s型推力传感器，所述s型推力传感器与采集仪相连接。
9、在一个实施例中，所述纵向力施加结构为连接在圆筒型气缸的推力杆底部的工字型结构，所述工字型结构的端头部位设置有与拼装管片端面弧度相契合的斜坡。
10、在一个实施例中，所述加载平台上关于纵向推力机构的中轴线对称设置有一组水平定位结构，所述水平定位结构包括：
11、固定平台，其包括焊接在加载平台上的水平固定钢板；
12、滑动定位平台，其包括设置在固定平台上方的l型钢板或f型钢板，所述l型钢板、f型钢板上焊接有焊接金属圆环槽，所述滑动定位平台与固定平台之间设置有用于滑行导向以及减小摩擦力的滚轴组件。
13、在一个实施例中，所述滚轴组件包括若干个并排设置的滚轴。
14、在一个实施例中，所述水平力施加结构包括：
15、定滑轮组固定板，其焊接在加载平台上，所述定滑轮组固定板上设置有定滑轮组；
16、力加载元件，其包括与水平定位结构对应连接的加载砝码，所述加载砝码通过细绳穿过定滑轮和与各自对应的滑动定位平台上的金属圆环槽相连。
17、在一个实施例中，所述定滑轮组固定板单个设置或成对设置；
18、单个设置时，所述定滑轮组固定板的中轴线与纵向推力机构的中轴线相重合，并且定滑轮与滑动定位平台之间的细绳处于水平状态；
19、成对设置时，两个所述定滑轮组固定板关于纵向推力机构的中轴线对称设置在水平定位结构的两侧，并且定滑轮与滑动定位平台之间的细绳处于水平状态。
20、本发明的第二个发明目的在于：提供了一种上述所述的用于测试管片接头不同轴力下抗弯承载力的装置的检测方法，当所述装置应用于隧道管片接头正弯矩破坏强度检测时，包括以下步骤：
21、s101、选择在两个水平定位结构之间设置单个定滑轮组固定板，并使用l型钢板作为滑动定位平台；
22、s102、将模型装置安装完毕之后，放置拼装管片，拼装管片的两个底部端头分别放置在两个l型钢板上，根据试验要求通过细绳穿过定滑轮连接l型钢板和加载砝码；
23、s103、打开采集仪记录初始作用力的大小，记录完毕后打开气泵加压，通过调压阀调节气缸压力的大小，观察采集仪的数值，当气缸压力达到一定数值时，拼装管片接头处发生破坏，记录此时采集仪的推力读数，根据计算得到接头破坏时的弯矩大小，从而得到完整的试验检测结果；
24、当所述模型装置应用于隧道管片接头负弯矩破坏强度检测时，包括以下步骤：
25、s201、选择在两个水平定位结构两侧对称设置两个定滑轮组固定板，并使用f型钢板作为滑动定位平台；
26、s202、将模型装置安装完毕之后，放置拼装管片，拼装管片的两个底部端头分别放置在两个f型钢板上，根据试验要求通过细绳穿过定滑轮连接f型钢板和加载砝码；
27、s303、打开采集仪记录初始作用力的大小，记录完毕后打开气泵加压，通过调压阀调节气缸压力的大小，观察采集仪的数值，当气缸压力达到一定数值时，拼装管片接头处发生破坏，记录此时采集仪的推力读数，根据计算得到接头破坏时的弯矩大小，从而得到完整的试验检测结果。
28、管片接头弯矩计算公式如下：
29、结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
30、1.本发明设计的一种用于测试管片接头不同轴力下抗弯承载力的装置，包括纵向推力机构和水平推力机构，既可以应用于隧道管片接头正弯矩破坏强度检测，又可以应用于隧道管片接头负弯矩破坏强度检测，实现管片接头不同轴力下抗弯承载力的测试。
31、2.本发明中，通过气缸加压的方式，可以很好的解决伺服加载的问题，保证施加的推力可以在一个固定的数值范围。
32、3.本发明的加载方式与其他加载方式不同，管片接头水平力由加载砝码通过定滑轮与l型钢板/f型钢板细绳连接的方式加载，可以很精确的保证整个试验过程中管片受到的水平力大小不变，同时l型钢板无侧限，并且l型钢板支撑在涂抹润滑油的滚轴上，可以满足管片加载破坏时底部向两侧移动，摩擦力对于加载水平力的影响可以忽略。
33、4.本发明中，对隧道模型管片固定4个点位进行纵向和水平方向定位加载，通过简单受力分析可以计算出管片接头部位的实际弯矩和剪力。
34、5.本发明中，选择较长行程的气缸，可以满足不同比例尺的隧道模型管片的加载。
35、6.本发明中，推力杆端头设置为斜坡，使推力杆的端头与拼装管片端面的贴合更紧密，并在推力杆以及定位槽上涂抹润滑油，可有效的减小摩擦力带来的影响。
36、7.本发明的每一个气缸对应连接s型传感器，s型传感器与采集仪连接，可以准确的测量出每个加载点实际受力大小，保证测试结果的准确性。
37、另外，作为本发明的创造性辅助证据，还体现在以下几个重要方面：
38、1.本发明的技术方案可以用于任何比例尺隧道管片接头抗弯承载力的检测，该方案技术原理清晰，操作简单，可以给各研究单位相关试验提供参考,本技术方案在转化后预计将具有非常可观的收益和价值。
39、2.目前国内外还没有可用于检测缩尺隧道模型管片接头抗弯承载力的装置和方法，本发明的技术方案填补了国内外业内的技术空白。
40、3.本发明适用于多种检测工况，只需对支撑钢板进行改进即可适用于管片接头在不同轴力下正弯矩抗弯承载力或负弯矩抗弯承载力的检测，克服了以往的技术偏见。
1.一种用于测试管片接头不同轴力下抗弯承载力的装置，应用于检测带有拼接头的拼装管片（1），其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的一种用于测试管片接头不同轴力下抗弯承载力的装置，其特征在于：所述装置还包括加载平台（4），所述加载平台（4）的底部设置有加载平台支撑龙骨（3），使整个装置垂直地面放置。
3.根据权利要求2所述的一种用于测试管片接头不同轴力下抗弯承载力的装置，其特征在于：所述推力执行结构为通过气泵连接调压阀控制的圆筒型气缸（10），所述加载平台（4）上焊接有用于安装圆筒型气缸的固定支架（7）。
4.根据权利要求3所述的一种用于测试管片接头不同轴力下抗弯承载力的装置，其特征在于：所述推力采集结构为通过螺栓连接在圆筒型气缸的推力杆上的s型推力传感器（11），所述s型推力传感器（11）与采集仪相连接。
5.根据权利要求3所述的一种用于测试管片接头不同轴力下抗弯承载力的装置，其特征在于：所述纵向力施加结构为连接在圆筒型气缸的推力杆底部的工字型结构（12），所述工字型结构的端头部位设置有与拼装管片（1）端面弧度相契合的斜坡。
6.根据权利要求2所述的一种用于测试管片接头不同轴力下抗弯承载力的装置，其特征在于：所述加载平台（4）上关于纵向推力机构的中轴线对称设置有一组水平定位结构，所述水平定位结构包括：
7.根据权利要求6所述的一种用于测试管片接头不同轴力下抗弯承载力的装置，其特征在于：所述滚轴组件包括若干个并排设置的滚轴（8）。
8.根据权利要求6所述的一种用于测试管片接头不同轴力下抗弯承载力的装置，其特征在于：所述水平力施加结构包括：
9.根据权利要求8所述的一种用于测试管片接头不同轴力下抗弯承载力的装置，其特征在于：所述定滑轮组固定板单个设置或成对设置。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的用于测试管片接头不同轴力下抗弯承载力的装置的检测方法，其特征在于：
