CN105890834A - 一种盾构管片连接螺栓受力状态的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种盾构管片连接螺栓受力状态的检测方法，涉及隧道工程现场监测与施工技术的交叉领域。包括：在盾构管片拼装时，用装有应变传感器组件的连接螺栓将各盾构管片连接在一起，使所述连接螺栓成为盾构管片接缝处的现场应力检测装置；在盾构施工或运营期间，利用所述连接螺栓内的应变传感器组件实时测量螺栓的多个应变值；根据所述实时测量的多个应变值分析螺栓的受力状态，以便现场监测盾构管片接缝处的力学性能。本发明方法能够准确、定量、科学的评价管片连接螺栓的力学行为、直观地反映出连接螺栓的受力变化，自动化程度高，操作简单，附属设备少，适用于隧道建设或科研数据的采集。

Description

一种盾构管片连接螺栓受力状态的检测方法

技术领域

本发明属于隧道工程现场监测与施工技术的交叉领域，涉及盾构管片接缝螺栓受力的现场监测与接缝性能的评估。

背景技术

近二十年来，我国城市轨道交通得到了空前的发展，目前仍处在大规模的建设时期，其中盾构法是地铁隧道主要采用的施工方法。在盾构隧道中，管片接缝由于具有独特而复杂的结构导致其受力的分析异常复杂，盾构隧道管片连接螺栓是连接衬砌管片之间的唯一部件和最重要的约束，螺栓受力问题是管片设计考虑的关键因素。

由于我国大规模开展城市地铁建设的时间不长，盾构管片接缝长期受力问题还没有引起足够的重视。近年来，地层沉降导致我国东部多个城市盾构隧道在地铁运营中逐渐出现了管片接缝渗漏水现象，严重的已影响了地铁列车的安全行驶。盾构隧道管片接缝密封性能的失效与管片接缝受力密切相关，而盾构管片连接螺栓的受力分析是评估接缝性能的重要一环。目前，难以对盾构管片接缝的力学行为开展有效评估的原因在于缺乏对接缝螺栓受力的全面和深入了解，而且螺栓内力的监测也没有纳入现有盾构管片健康监测的主要内容。因此，迫切需要一种能够直接监测盾构管片连接螺栓内力的方法及装置。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于解决涉及盾构法施工的隧道工程中盾构管片接缝力学行为的评价方法及监测装置。通过本发明装置的现场实时监测，直接测得接缝处连接螺栓所受压力，能够定量、科学评价盾构管片接缝的受力变化，提出了一种盾构管片接缝受力的评估方法及螺栓内力的监测装置。

为实现本发明的目的，本发明提供一种盾构管片连接螺栓受力状态的检测方法，包括以下步骤：

在盾构管片拼装时，用装有应变传感器组件的连接螺栓将各盾构管片连接在一起，使所述连接螺栓成为盾构管片接缝处的现场应力检测装置；

在盾构施工或运营期间，利用所述连接螺栓内的应变传感器组件实时测量螺栓的多个应变值；

根据所述实时测量的多个应变值分析螺栓的受力状态，以便现场监测盾构管片接缝处的接缝性能。

其中，所述连接螺栓内的应变传感器组件包括：

与螺栓轴线平行的第一应变传感器；

与第一应变传感器平行的第二应变传感器；

与螺栓轴线成43°-47°角的第三应变传感器；

与螺栓轴线成88°-92°角的第四应变传感器。

优选地，所述应变传感器为光纤光栅应变传感器。

优选地，所述应变传感器量程±1000μm。

优选地，所述应变传感器组件采用预埋的方式安装在连接螺栓内部区。

特别是，所述的多个应变值包括：

第一应变传感器在盾构隧道施工或运营期间实时测量的应变值ε₁；

第二应变传感器在盾构隧道施工或运营期间实时测量的应变值ε₂；

第三应变传感器在盾构隧道施工或运营期间实时测量的应变值ε₃；

第四应变传感器在盾构隧道施工或运营期间实时测量的应变值ε₄。

其中，所述的根据实时测量的多个应变值分析螺栓的受力状态包括：

利用所述多个应变值，计算螺栓多个截面的内力；

根据所述多个截面的内力，分析螺栓的受力状态。

其中，所述的利用多个应变值计算螺栓多个截面的内力包括：

根据所述应变值ε₁，ε₂，ε₃，ε₄计算螺栓中心截面内力，所述螺栓中心截面内力包括拉力F_N；剪力F_S；弯矩M的，其计算公式为：

$\begin{array}{c}{F}_N=\frac{{\mathrm{\πd}}^2}{4(1-{\mathrm{\μ}}^2)}({\mathrm{\ϵ}}_1+{\mathrm{\ϵ}}_2+{\mathrm{\μ\ϵ}}_4)\\ F_S=\frac{3{\mathrm{G\πd}}^2}{32}({\mathrm{\ϵ}}_1+{\mathrm{\ϵ}}_2+{\mathrm{\ϵ}}_4-2{\mathrm{\ϵ}}_3)\\ M=\frac{{\mathrm{E\πd}}^3}{64}({\mathrm{\ϵ}}_1-{\mathrm{\ϵ}}_2)\end{array}$

根据所计算的螺栓中心截面内力，计算螺栓指定截面内力。

尤其是，当所述连接螺栓为直螺栓时，计算螺栓指定截面内力的公式为：

F_N(x)＝F_N

F_S(x)＝F_S

M(x)＝M+F_Sx

其中，x为计算截面距离螺栓中心截面的距离，向右为正；F_N(x)为螺栓指定截面所受拉力,向右为正；F_S(x)为螺栓指定截面所受剪力，向下为正；M(x)为螺栓指定截面上的弯矩，逆时针为正。

尤其是，当所述连接螺栓为弯螺栓时，计算螺栓指定截面内力的公式为：

F_N(θ)＝F_S×sinθ+F_N×cosθ

F_S(θ)＝F_S×cosθ-F_N×sinθ

M(θ)＝M-F_S×r×sinθ+F_N×r×(1-cosθ)

其中，θ为指定截面距离中心截面的角度，顺时针为正；r为螺栓轴线的曲率半径；F_N(θ)为螺栓指定截面拉力，向右为正；F_S(θ)为螺栓指定截面剪力，向下为正；M(θ)为螺栓指定截面上的弯矩，逆时针为正。

为实现本发明的目的，本发明提供的一种盾构管片连接螺栓受力状态的检测方法还包括，根据所述实时测量的多个应变值计算螺栓内部应力，以便现场监测所述连接螺栓的性能。

其中，所述的利用多个应变值计算螺栓内部应力包括：

根据所述应变值ε₁，ε₂，ε₃，ε₄计算螺栓中心截面纵向应力值σ_x、螺栓横向应力值σ_y、螺栓最大弯曲应力σ_M和螺栓剪应力值τ_xy，其计算公式为：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\σ}}_x=\frac{E}{1-{\mathrm{\μ}}^2}({\mathrm{\ϵ}}_1+{\mathrm{\ϵ}}_2+{\mathrm{\μ\ϵ}}_4)\\ {\mathrm{\σ}}_y=\frac{E}{1-{\mathrm{\μ}}^2}({\mathrm{\μ\ϵ}}_1+{\mathrm{\μ\ϵ}}_2+{\mathrm{\ϵ}}_4)\\ {\mathrm{\τ}}_{xy}=\frac{G}{2}({\mathrm{\ϵ}}_1+{\mathrm{\ϵ}}_2+{\mathrm{\ϵ}}_4-2{\mathrm{\ϵ}}_3)\\ {\mathrm{\σ}}_M=\frac{E}{2}({\mathrm{\ϵ}}_1-{\mathrm{\ϵ}}_2)\end{array}$

其中，E为螺栓的弹性模量；μ为螺栓材料的泊松比；G为螺栓材料的弹性剪切模量。

其中，所述的利用得到螺栓内部应力，计算螺栓多个截面的内力还包括：

根据计算得到的螺栓中心截面纵向应力值σ_x、螺栓横向应力值σ_y、螺栓最大弯曲应力σ_M和螺栓剪应力值τ_xy计算螺栓中心截面的内力包括拉力F_N；剪力F_S；弯矩M的，其计算公式为：

$\begin{array}{c}{F}_N={\mathrm{\σ}}_x\×\frac{{\mathrm{\πd}}^2}{4}\\ F_S={\mathrm{\τ}}_{xy}\×\frac{3{\mathrm{\πd}}^2}{16}\\ M={\mathrm{\σ}}_M\×\frac{{\mathrm{\πd}}^3}{32}\end{array}$

其中，d为螺栓直径，π为圆周率。

特别是，当所述连接螺栓为直螺栓时，计算螺栓指定截面内力的公式为：

F_N(x)＝F_N

F_S(x)＝F_S

M(x)＝M+F_Sx

其中，x为计算截面距离螺栓中心截面的距离，向右为正；F_N(x)为螺栓指定截面所受拉力,向右为正；F_S(x)为螺栓指定截面所受剪力，向下为正；M(x)为螺栓指定截面上的弯矩，逆时针为正。

特别是，当所述连接螺栓为弯螺栓时，计算螺栓指定截面内力的公式为：

F_N(θ)＝F_S×sinθ+F_N×cosθ

F_S(θ)＝F_S×cosθ-F_N×sinθ

M(θ)＝M-F_S×r×sinθ+F_N×r×(1-cosθ)

其中，θ为指定截面距离中心截面的角度，顺时针为正；r为螺栓轴线的曲率半径；F_N(θ)为螺栓指定截面拉力，向右为正；F_S(θ)为螺栓指定截面剪力，向下为正；M(θ)为螺栓指定截面上的弯矩，逆时针为正。

为实现本发明的目的，本发明另一方面提供一种应用于盾构管片受力状态检测的连接螺栓，所述连接螺栓装有包括：与螺栓轴线平行的第一应变传感器；与第一应变传感器平行的第二应变传感器；与螺栓轴线成43°-47°角的第三应变传感器；与螺栓轴线成88°-92°角的第四应变传感器的应变传感器组件。

优选地，所述应变传感器为光纤光栅应变传感器。

优选地，所述应变传感器量程±1000μm。

优选地，所述应变传感器组件采用预埋的方式安装在连接螺栓内部区。

为实现本发明的目的，本发明在一方面提供上述连接螺栓的安装方法，所述应变传感器组件的安装包括以下步骤：分别在与螺栓轴线平行的螺栓表面、与螺栓轴线成43°-47°角的螺栓表面，及与螺栓轴线成88°-92°角的螺栓表面开槽；再将所述应变传感器组件分别放在开槽处，并进行预埋；在螺栓端头部钻孔，将连接在应变传感器组件上的光纤引出。

其中，所述开槽宽度1-3mm，高度1-3mm，钻孔位置是在哎离螺栓端头部1-3cm处。

优选地，所述开槽宽度2mm，高度2mm，钻孔位置是在哎离螺栓端头部2cm处。

本发明的有益效果为，本发明提供的一种盾构管片连接螺栓受力状态的检测方法操作简单，能够准确、定量、科学的评价管片连接螺栓的力学行为。本检测方法可以直观地反映出连接螺栓的受力变化，有效地将工程应用和科学研究拉近距离，实现了工程和科研的统一。本发明的检测装置，能够直接测出连接螺栓应变变化，为评价管片连接螺栓内力变化提供了依据。本装置自动化程度高，操作简单，附属设备少，适用于隧道建设或科研数据的采集。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，

图1是盾构管片连接螺栓受力状态的检测流程图；

图2为光纤光栅传感器在直螺栓中安装位置的示意图；

图中：1—连接螺栓，2—光纤光栅应变传感器，3—光纤；

图3为光纤光栅传感器在直螺栓中心切面示意图；

其中，ε₄不在中心切面上；

图4为光纤光栅传感器在弯螺栓中安装位置的示意图；

图中：1—连接螺栓，2—光纤，3—光纤光栅应变传感器。

图5为光纤光栅传感器在弯螺栓中心切面示意图。

具体实施方式

以下结合附图进一步阐述本发明的原理及其应用。

实施例1直螺栓的结构

如图2所示的应变传感器组件在直螺栓中安装位置的示意图和图5所示的直螺栓中心切面示意图，应变传感器组件包括并安装在：与螺栓轴线平行的第一应变传感器；与第一应变传感器平行的第二应变传感器；与螺栓轴线成43°-47°角的第三应变传感器；与螺栓轴线成88°-92°角的第四应变传感器。

具体的，所述应变传感器组件采用预埋的方式安装在连接螺栓内部区，具体的安装步骤包括，需在螺栓表面开槽，开槽宽度1-3mm，高度1-3mm，在离螺栓端头部1-3cm处钻孔，将裸光纤引出。

优选地，所述应变传感器组件预埋入连接螺栓时，需在螺栓表面开槽，开槽宽度2mm，高度2mm，在离螺栓端头部2cm处钻孔，将裸光纤引出。

实施例2弯螺栓的结构

如图4所示的在弯螺栓中安装位置的示意图和图5所示的弯中心切面示意图，应变传感器组件包括并安装在：与螺栓轴线平行的第一应变传感器；与第一应变传感器平行的第二应变传感器；与螺栓轴线成43°-47°角的第三应变传感器；与螺栓轴线成88°-92°角的第四应变传感器。

具体的，所述应变传感器组件采用预埋的方式安装在连接螺栓内部区，具体的安装步骤包括，开槽宽度1-3mm，高度1-3mm，在离螺栓端头部1-3cm处钻孔，将裸光纤引出。

优选地，所述应变传感器组件预埋入连接螺栓时，需在螺栓表面开槽，开槽宽度2mm，高度2mm，在离螺栓端头部2cm处钻孔，将裸光纤引出。

其中，所述应变传感器为所述应变传感器为光纤光栅应变传感器。

优选地，所述应变传感器量程±1000μm。

实施例3盾构管片连接螺栓受力状态的检测

如图1所示的盾构管片连接螺栓受力状态的检测的流程图，包括以下步骤：

步骤S101，在盾构管片拼装时，用装有应变传感器组件的连接螺栓将各盾构管片连接在一起，使所述连接螺栓成为盾构管片接缝处的现场应力检测装置。

进一步的，所述应变传感器组件包括：与螺栓轴线平行的第一应变传感器；与第一应变传感器平行的第二应变传感器；与螺栓轴线成43°-47°角的第三应变传感器；与螺栓轴线成88°-92°角的第四应变传感器。

优选地，所述应变传感器为光纤光栅应变传感器。

优选地，所述应变传感器量程±1000μm。

优选地，所述应变传感器组件采用预埋的方式安装在连接螺栓内部区。

具体地，所述应变传感器组件的安装步骤包括：分别在与螺栓轴线平行的螺栓表面、与螺栓轴线成43°-47°角的螺栓表面，及与螺栓轴线成88°-92°角的螺栓表面开槽；再将所述应变传感器组件分别放在开槽处，并进行预埋；在螺栓端头部钻孔，将连接在应变传感器组件上的光纤引出。

其中，所述开槽宽度1-3mm，高度1-3mm，钻孔位置是在离螺栓端头部1-3cm处。

优选地，所述开槽宽度2mm，高度2mm，钻孔位置是在离螺栓端头部2cm处。

步骤S102，在盾构施工或运营期间，利用所述连接螺栓内的应变传感器组件实时测量螺栓的多个应变值。

进一步地，所述多个应变值包括：第一应变传感器在盾构隧道施工或运营期间实时测量的应变值ε₁；第二应变传感器在盾构隧道施工或运营期间实时测量的应变值ε₂；第三应变传感器在盾构隧道施工或运营期间实时测量的应变值ε₃；第四应变传感器在盾构隧道施工或运营期间实时测量的应变值ε₄。

步骤S103，根据所述实时测量的多个应变值计算螺栓内部应力，以便现场监测所述连接螺栓的性能。

进一步地，所述利用多个应变值计算螺栓内部应力包括：

根据所述应变值ε₁，ε₂，ε₃，ε₄计算螺栓纵向应力值σ_x、螺栓横向应力值σ_y、螺栓最大弯曲应力σ_M和螺栓剪应力值τ_xy，其计算公式为：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\σ}}_x=\frac{E}{1-{\mathrm{\μ}}^2}({\mathrm{\ϵ}}_1+{\mathrm{\ϵ}}_2+{\mathrm{\μ\ϵ}}_4)\\ {\mathrm{\σ}}_y=\frac{E}{1-{\mathrm{\μ}}^2}({\mathrm{\μ\ϵ}}_1+{\mathrm{\μ\ϵ}}_2+{\mathrm{\ϵ}}_4)\\ {\mathrm{\τ}}_{xy}=\frac{G}{2}({\mathrm{\ϵ}}_1+{\mathrm{\ϵ}}_2+{\mathrm{\ϵ}}_4-2{\mathrm{\ϵ}}_3)\\ {\mathrm{\σ}}_M=\frac{E}{2}({\mathrm{\ϵ}}_1-{\mathrm{\ϵ}}_2)\end{array}$

其中，E为螺栓的弹性模量；μ为螺栓材料的泊松比；G为螺栓材料的弹性剪切模量。

步骤S104，根据所述实时测量的多个应变值分析螺栓的受力状态，以便现场监测盾构管片接缝处的接缝性能。

进一步地，所述根据实时测量的多个应变值分析螺栓的受力状态包括：

利用所述多个应变值，计算螺栓多个截面的内力；

根据所述多个截面的内力，分析螺栓的受力状态。

特别是，所述的利用所述多个应变值计算螺栓多个截面的内力包括：

根据所述应变值ε₁，ε₂，ε₃，ε₄计算螺栓中心截面内力，所述螺栓中心截面内力包括拉力F_N；剪力F_S；弯矩M，其计算公式为：

$\begin{array}{c}{F}_N=\frac{{\mathrm{\πd}}^2}{4(1-{\mathrm{\μ}}^2)}({\mathrm{\ϵ}}_1+{\mathrm{\ϵ}}_2+{\mathrm{\μ\ϵ}}_4)\\ F_S=\frac{3{\mathrm{G\πd}}^2}{32}({\mathrm{\ϵ}}_1+{\mathrm{\ϵ}}_2+{\mathrm{\ϵ}}_4-2{\mathrm{\ϵ}}_3)\\ M=\frac{{\mathrm{E\πd}}^3}{64}({\mathrm{\ϵ}}_1-{\mathrm{\ϵ}}_2)\end{array}$

其中，d为螺栓直径，π为圆周率；

根据所计算的螺栓中心截面内力，计算螺栓指定截面内力。

尤其是，当所述连接螺栓为直螺栓时，计算螺栓指定截面内力的公式为：

F_N(x)＝F_N

F_S(x)＝F_S

M(x)＝M+F_Sx

其中，x为计算截面距离螺栓中心截面的距离，向右为正；F_N(x)为螺栓指定截面所受拉力，向右为正；F_S(x)为螺栓指定截面所受剪力，向下为正；M(x)为螺栓指定截面上的弯矩，逆时针为正。

尤其是，当所述连接螺栓为弯螺栓时，计算螺栓指定截面内力的公式为：

F_N(θ)＝F_S×sinθ+F_N×cosθ

F_S(θ)＝F_S×cosθ-F_N×sinθ

M(θ)＝M-F_S×r×sinθ+F_N×r×(1-cosθ)

其中，θ为指定截面距离中心截面的角度，顺时针为正；r为螺栓轴线的曲率半径；F_N(θ)为螺栓指定截面拉力，向右为正；F_S(θ)为螺栓指定截面剪力，向下为正；M(θ)为螺栓指定截面上的弯矩，逆时针为正。

步骤S104中所述的根据实时测量的多个应变值分析螺栓的受力状态还可以是：

利用步骤S103中计算得到的螺栓内部应力，计算螺栓多个截面的内力；

根据所述多个截面的内力，分析螺栓的受力状态。

进一步地，根据所测得的应变值ε₁，ε₂，ε₃，ε₄，直接计算螺栓中心截面的内力包括拉力F_N；剪力F_S；弯矩M，其计算公式为：

$\begin{array}{c}{F}_N=\frac{{\mathrm{\πd}}^2}{4(1-{\mathrm{\μ}}^2)}({\mathrm{\ϵ}}_1+{\mathrm{\ϵ}}_2+{\mathrm{\μ\ϵ}}_4)\\ F_S=\frac{3{\mathrm{G\πd}}^2}{32}({\mathrm{\ϵ}}_1+{\mathrm{\ϵ}}_2+{\mathrm{\ϵ}}_4-2{\mathrm{\ϵ}}_3)\\ M=\frac{{\mathrm{E\πd}}^3}{64}({\mathrm{\ϵ}}_1-{\mathrm{\ϵ}}_2)\end{array}$

进一步地，根据所计算的螺栓中心截面内力，计算螺栓指定截面内力。

尤其是，当所述连接螺栓为直螺栓时，计算螺栓指定截面内力的公式为：

F_N(x)＝F_N

F_S(x)＝F_S

M(x)＝M+F_Sx

其中，x为计算截面距离螺栓中心截面的距离，向右为正；F_N(x)为螺栓指定截面所受拉力，向右为正；F_S(x)为螺栓指定截面所受剪力，向下为正；M(x)为螺栓指定截面上的弯矩，逆时针为正。

尤其是，当所述连接螺栓为弯螺栓时，计算螺栓指定截面内力的公式为：

F_N(θ)＝F_S×sinθ+F_N×cosθ

F_S(θ)＝F_S×cosθ-F_N×sinθ

M(θ)＝M-F_S×r×sinθ+F_N×r×(1-cosθ)

其中，θ为指定截面距离中心截面的角度，顺时针为正；r为螺栓轴线的曲率半径；F_N(θ)为螺栓指定截面拉力，向右为正；F_S(θ)为螺栓指定截面剪力，向下为正；M(θ)为螺栓指定截面上的弯矩，逆时针为正。

本发明的特点在于，本发明通过利用安装有应变传感器组件的连接螺栓连接盾构管片，使所述连接螺栓成为盾构管片接缝处的现场应力检测装置；从而在施工现场即可实时监测连接螺栓的性能和分析螺栓的受力状态，从而实现盾构管片接缝处的接缝性能的监测，进而评价盾构衬砌接缝的工作状况，以便实现盾构管片和隧道安全预警，及时有效地采取处理措施。本发明最大的优点是自动化程度高，操作简单，附属设备少，实用性好，有效性强，可在现场实时地对管片间接缝的受力状况进行检测，克服了此前盾构管片接缝内力在施工与运营阶段难以监测的难题。

尽管上述对本发明做了详细说明，但不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本发明的原理进行修改，因此，凡按照本发明的原理进行的各种修改都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种盾构管片连接螺栓受力状态的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

在盾构管片拼装时，用装有应变传感器组件的连接螺栓将各盾构管片连接在一起，使所述连接螺栓成为盾构管片接缝处的现场应力检测装置；

在盾构施工或运营期间，利用所述连接螺栓内的应变传感器组件实时测量螺栓的多个应变值；

根据所述实时测量的多个应变值分析螺栓的受力状态，以便现场监测盾构管片接缝处的力学性能。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述连接螺栓内的应变传感器组件包括：

与螺栓轴线平行的第一应变传感器；

与第一应变传感器平行的第二应变传感器；

与螺栓轴线成43°-47°角的第三应变传感器；

与螺栓轴线成88°-92°角的第四应变传感器。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的多个应变值包括：

第一应变传感器在盾构隧道施工或运营期间实时测量的应变值ε₁；

第二应变传感器在盾构隧道施工或运营期间实时测量的应变值ε₂；

第三应变传感器在盾构隧道施工或运营期间实时测量的应变值ε₃；

第四应变传感器在盾构隧道施工或运营期间实时测量的应变值ε₄。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的根据实时测量的多个应变值分析螺栓的受力状态包括：

利用所述多个应变值，计算螺栓多个截面的内力；

根据所述多个截面的内力，分析螺栓的受力状态。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括根据所述实时测量的多个应变值计算螺栓内部应力，以便监测所述连接螺栓的力学性能。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的利用多个应变值计算螺栓内部应力包括：

根据所述应变值ε₁，ε₂，ε₃，ε₄计算螺栓中心截面纵向应力值σ_x、横向应力值σ_y、最大弯曲应力σ_M和剪应力值τ_xy，其计算公式为：

${\mathrm{\σ}}_x=\frac{E}{1-{\mathrm{\μ}}^2}({\mathrm{\ϵ}}_1+{\mathrm{\ϵ}}_2+{\mathrm{\μ\ϵ}}_4)$

${\mathrm{\σ}}_y=\frac{E}{1-{\mathrm{\μ}}^2}({\mathrm{\μ\ϵ}}_1+{\mathrm{\μ\ϵ}}_2+{\mathrm{\ϵ}}_4)$

${\mathrm{\τ}}_{xy}=\frac{G}{2}({\mathrm{\ϵ}}_1+{\mathrm{\ϵ}}_2+{\mathrm{\ϵ}}_4-2{\mathrm{\ϵ}}_3)$

${\mathrm{\σ}}_M=\frac{E}{2}({\mathrm{\ϵ}}_1-{\mathrm{\ϵ}}_2)$

其中，E为螺栓的弹性模量；μ为螺栓材料的泊松比；G为螺栓材料的弹性剪切模量。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的利用得到螺栓内部应力，计算螺栓中心截面的内力还包括：

根据计算得到的螺栓中心截面的纵向应力值σ_x、螺栓横向应力值σ_y、螺栓最大弯曲应力σ_M和螺栓剪应力值τ_xy计算螺栓中心截面的内力包括拉力F_N；剪力F_S；弯矩M的，其计算公式为：

$F_N={\mathrm{\σ}}_x\×\frac{{\mathrm{\πd}}^2}{4}$

$F_S={\text{\τ}}_{\mathrm{xy}}\×\frac{3\mathrm{\π}{d}^2}{16}$

$M={\mathrm{\σ}}_M\×\frac{{\mathrm{\πd}}^3}{32}$

其中，d为螺栓直径，π为圆周率；

根据所计算的螺栓中心截面内力，计算螺栓指定截面内力。

8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的利用所述多个应变值计算螺栓多个截面的内力包括：

根据所述应变值ε₁，ε₂，ε₃，ε₄计算螺栓中心截面内力，所述螺栓中心截面内力包括拉力F_N；剪力F_S；弯矩M的，其计算公式为：

$F_N=\frac{{\mathrm{\πd}}^2}{4(1-{\mathrm{\μ}}^2)}({\mathrm{\ϵ}}_1+{\mathrm{\ϵ}}_2+{\mathrm{\μ\ϵ}}_4)$

$F_S=\frac{3{\mathrm{G\πd}}^2}{32}({\mathrm{\ϵ}}_1+{\mathrm{\ϵ}}_2+{\mathrm{\ϵ}}_4-2{\mathrm{\ϵ}}_3)$

$M=\frac{\mathrm{E\π}{d}^3}{64}({\mathrm{\ϵ}}_1-{\mathrm{\ϵ}}_2)$

根据所计算的螺栓中心截面内力，计算螺栓指定截面内力。

9.如权利要求7或8任一所述的方法，其特征在于，当所述连接螺栓为直螺栓时，计算螺栓指定截面内力的公式为：

F_N(x)＝F_N

F_S(x)＝F_S

M(x)＝M+F_Sx

其中，x为计算截面距离螺栓中心截面的距离，向右为正；F_N(x)为螺栓指定截面所受拉力,向右为正；F_S(x)为螺栓指定截面所受剪力，向下为正；M(x)为螺栓指定截面上的弯矩，逆时针为正。

当所述连接螺栓为弯螺栓时，计算螺栓指定截面内力的公式为：

F_N(θ)＝F_S×sinθ+F_N×cosθ

F_S(θ)＝F_S×cosθ-F_N×sinθ

M(θ)＝M-F_S×r×sinθ+F_N×r×(1-cosθ)

其中，θ为指定截面距离中心截面的角度，顺时针为正；r为螺栓轴线的曲率半径；F_N(θ)为螺栓指定截面拉力，向右为正；F_S(θ)为螺栓指定截面剪力，向下为正；M(θ)为螺栓指定截面上的弯矩，逆时针为正。

10.一种应用于盾构管片受力状态检测的连接螺栓，其特征在于，所述连接螺栓装有包括：与螺栓轴线平行的第一应变传感器；与第一应变传感器平行的第二应变传感器；与螺栓轴线成43°-47°角的第三应变传感器；与螺栓轴线成88°-92°角的第四应变传感器的应变传感器组件。