談鋼筋抗拉強度檢測的誤差及不確定度

杜 紅 濤

(中鐵七局集團有限公司武漢分公司，湖北 武漢 430000)

·建筑材料及應用·

談鋼筋抗拉強度檢測的誤差及不確定度

杜 紅 濤

(中鐵七局集團有限公司武漢分公司，湖北 武漢 430000)

介紹了鋼筋抗拉強度檢測的誤差及不確定度的概念，通過數學模型，對鋼筋抗拉強度檢測的誤差及不確定度進行了分析，闡述了不確定度評價在鋼筋抗拉強度檢測中的應用情況，以供借鑒。

鋼筋抗拉強度，誤差，不確定度，檢測

0 引言

傳統對檢測結果的誤差評定僅僅注重誤差的質量，往往忽視了測試條件會受到很多影響。隨著生產水平的提高，生產技術日益精密化，誤差評定已經遠遠不夠，研究人員開始注意到測試條件對于測試結果產生的影響，并對測試環境進行一定評定。但是在實際工作中，我們得出的測量值往往會偏離正態分布，所以基于正態分布的參考誤差已經不能適用。

1 鋼筋抗拉強度檢測的誤差及不確定度的概念

不確定度的定義是指在統計控制狀態下對被測量值進行數次隨機檢測，對被測量物體的得出數值分散性予以科學地表達。我們得出的測量結果往往不是一個定值，而是在分散性這一量值區間出現。這個量值區間根據一個適用概率包含可能得到的所有測量結果，并且對于測量結果存在的區間，測量不確定度和測量值能夠相互彌補，對其進行表征[1]。鋼筋抗拉強度檢測的試驗方法依據GB/T 228.1-2010金屬材料室溫拉伸試驗方法和GB 1499.2-2007鋼筋混凝土用冷軋帶肋鋼筋，檢測原理為鋼筋試樣的圓形橫截面受到抗拉強度的牽拉直至斷裂，此時用拉伸過程中產生的最大力與橫截面積相除。檢測的環境應在熱度10 ℃～35 ℃，對環境因素控制精確的實驗室，試驗溫度應為(23±5)℃。在上述環境條件下，將萬能材料實驗機調節到相應速度，然后對鋼筋產生相應的拉力，直至鋼筋斷裂，根據鋼筋斷裂時所受的拉力便能夠計算出試樣的抗拉強度。此處要注意對檢測儀器設備要保證經過省級檢測院檢定合格才能進行試驗，并在檢定周期和證書有效期內使用[2]。

2 鋼筋抗拉強度檢測的誤差和不確定度的數學模型

(1)

如式(1)所示，就是鋼筋抗拉強度檢測的測量模型，這種數學函數也被稱為數學模型。計算不確定度的評定一般就是由測量時的數學模型和不確定度定義進行評定的。但是因為數學模型還存在不完備的地方，所以相關數值要完全顯示出實際情況的改變，以使不確定度的評定能夠根據盡量多的觀測數據來得出。并且在有些測量試驗中，經驗模型的采用應當選擇經過長時間檢驗的數學模型，因為檢測標準和相關值范圍可以表明測量過程是不是處在統計控制的范圍內，這樣可以幫助建立數學模型和測量不確定度的評定[4]。

3 不確定度評價在鋼筋抗拉強度檢測中的應用

1)鋼筋抗拉強度檢測的測量模型：

σ=(f，F，d，δ)=4F/πd2=F/S

(2)

其中，σ為抗拉強度，MPa；F為拉伸的最大破壞力，N；d為鋼筋公稱直徑，mm；δ為重復測量因子；S為原始橫截面積。

2)鋼筋抗拉強度的標準不確定度評定。

鋼筋抗拉強度不確定度分量主要有以下幾個因素：鋼筋內徑不確定度分量μd；檢測結果重復出現的不確定分量μσ1；拉力不確定分量μF；數據修約的不確定度分量為μσ2。因為試驗機已經安裝自動采集裝置，所以實驗記得拉伸速率達到規范要求，可以忽略應變率對檢測結果的影響。這樣，根據式(2)可以得出鋼筋抗拉強度輸入量檢測結果的不確定度是：

(μσ/σ)2=(2μd/d)2+(μF/F)2+(μσ1/σ)2+(μσ2/σ)2

(3)

a.計算鋼筋內徑的標準不確定度分量μd。

鋼筋內徑的相對不確定度是：

μr,d=μd/d=0.288 mm/20 mm=1.14%。

b.檢測數值重復性的標準不確定度μσ1。

在同一鋼筋上均勻地截取3根鋼筋試樣，抗拉強度檢測結果如下：570 MPa，565 MPa，560 MPa。

S(σk)=5 MPa。

計算3次檢測數值的標準不確定度是：

計算3次測量結果的相對不確定度是：

μr, σ1=2.88/564=0.51%。

c.計算拉力的標準不確定度分量μF。

測量拉力F的不確定度由三個方面組成，萬能材料試驗機測力系統示值誤差帶來的相對不確定度μrel(F1)，標準測力儀的相對標準不確定度μrel(F2)，計算器數值收錄模塊得出的相對標準不確定度μrel(F3)。

測力儀的相對標準不確定度μrel(F2)。

使用0.3級的標準測力儀對萬能材料試驗機進行檢測。重復性R=0.3%，即重復性極限。那么測力儀的相對不確定度：

μrel(F2)=0.3%。

計算機數值收錄模塊產生的標準不確定度μrel(F3)。

計算器數值收錄模塊所產生的B類標準不確定度為0.2%，則：

μrel(F3)= 0.2%。

則產生的最強拉力的標準不確定度μrel(Fm)為：

(μrel(Fm))2=(μrel(F1))2+(μrel(F2))2+(μrel(F3))2。

即μrel(Fm)=0.68%。

數據修約的不確定度分量為μσ2。

根據鋼筋抗拉強度修約的規定，鋼筋抗拉強度修約間隔壓力為5 MPa，根據JJF 1059-2002規定，由修約產生的測量不確定度是：

μσ2=0.29×5 MPa=1.45 MPa。

數據修約的相對不確定度為：

μr，σ2=1.45/565=0.26%。

3)測定不確定度分量。

不確定度分量一覽表見表1。

表1 不確定分量一覽表

4)σ的相對合成標準不確定度：

5)擴展不確定度。

包含因子k=2，所對應的相對擴展不確定度是：

μr，σ=2×0.024=4.8%。

6)不確定度報告。

即得出φ20熱軋帶肋鋼筋抗拉強度檢測結果相對不確定度是μr，σ=4.7%，k=2。

4 結語

在本檢測中不能重復考慮被檢測試樣的抗拉強度，并且本檢測對試樣內徑的測量沒有采用A類評定的方法，所以整體試驗不適用于A類評定，但在此情況下，不采用A類評定和不考慮自由度的問題并不影響最終檢測結果。在檢測中如果使用多件試樣進行檢測，則求每件的檢測結果的平均值，并將試樣間的差異算入結果中。當被檢測件是螺紋狀鋼件時，螺紋鋼的內徑不能簡單地用測量工具測量，應該適用B類評定在螺紋鋼的標定直徑的誤差范圍內，在面積的計算上考慮到不確定度的分量。

不確定度在原則上是可以被評定的，但是誤差往往不能計算。不確定性的評定能夠彌補誤差的影響，對于鋼筋抗拉強度檢測具有重要意義。

[1] 李建輝.測量的不確定度在鋼材檢測過程中的應用[J].山東建材,2011,29(1):42-43.

[2] 樂 群,李翠玲.鋼筋抗拉強度檢測結果不確定度的評定[J].中國計量,2010,29(4):27-28.

[3] 蘇俊光,盧玉華.鋼筋抗拉強度檢測結果的不確定度評定[J].內蒙古質量技術監督,2012,36(6):41-42.

[4] 郭 淼,林春來,管金榮.抗震鋼筋維氏硬度測量不確定度的評定[J].科學技術與工程,2011,14(20):54-55.

[5] 王元光,郭運杰.混凝土抗壓強度檢測結果的不確定度評定[J].廣東建材,2012,26(4):31-33.

Onerrorsinmeasurementofthereinforcedhighstrengthanduncertainty

DUHong-tao

(WuhanBranch,ChinaRailway7thBureauGroupCo.,Ltd,Wuhan430000,China)

The paper introduces the concepts for the errors in measurement of the reinforced high strength and its uncertainty, analyzes the errors and uncertainty according to the mathematical model, and illustrates the application of the uncertainty evaluation in the test of the reinforced high tension, so as to provide some reference.

reinforced tension, error, uncertainty, test

1009-6825(2014)14-0119-02

2014-03-08

杜紅濤(1978- )，女，工程師

TU502

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