鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測結(jié)果的誤差及不確定度分析

全承碩

摘要：本文主要針對鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測結(jié)果的誤差及不確定度展開了分析，簡要說明和介紹了鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測的誤差及不確定度的概念和數(shù)學(xué)模型，并對不確定度評(píng)價(jià)在鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測中的應(yīng)用作了系統(tǒng)的闡述，以期能為有關(guān)方面的需要提供有益的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：抗拉強(qiáng)度；結(jié)果；不確定度；誤差；分析

引言

所謂的不確定度，其含義是指由于測量誤差的存在，對被測量值的不能肯定的程度。而在鋼筋抗拉強(qiáng)度的檢測過程中，其檢測結(jié)果存在著一定的誤差，為了對結(jié)果誤差作出相應(yīng)的評(píng)定，就需要對不確定度進(jìn)行分析，以保障檢測的準(zhǔn)確性。

1鋼筋抗拉強(qiáng)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(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)下對被測量值進(jìn)行數(shù)次隨機(jī)檢測對被測量物體的得出數(shù)值分散性予以科學(xué)地表達(dá)。我們得出的測量結(jié)果往往不是一個(gè)定值而是在分散性這一量值區(qū)間出現(xiàn)。這個(gè)量值區(qū)間根據(jù)一個(gè)適用概率包含可能得到的所有測量結(jié)果并且對于測量結(jié)果存在的區(qū)間，測量不確定度和測量值能夠相互彌補(bǔ)對其進(jìn)行表征。鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測的試驗(yàn)方法依據(jù)GBT/228.1-2010金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法和GB149.2-2007鋼筋混凝土用冷軋帶肋鋼筋臉測原理為鋼筋試樣的圓形橫截面受到抗拉強(qiáng)度的牽拉直至斷裂，此時(shí)用拉伸過程中產(chǎn)生的最大力和橫截面積相除。檢測的環(huán)境應(yīng)在熱度10℃～35℃，對環(huán)境因素控制精確的實(shí)驗(yàn)室，試驗(yàn)溫度應(yīng)為（23士5）℃。在上述環(huán)境條件下將萬能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)調(diào)節(jié)到相應(yīng)速度，然后對鋼筋產(chǎn)生相應(yīng)的拉力，直至鋼筋斷裂根據(jù)鋼筋斷裂時(shí)所受的拉力便能夠計(jì)算出試樣的抗拉強(qiáng)度。此處要注意對檢測儀器設(shè)備要保證經(jīng)過省級(jí)檢測院檢定合格才能進(jìn)行試驗(yàn)并在檢定周期和證書有效期內(nèi)使用。

2鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測的誤差和不確定度的數(shù)學(xué)模型

在鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測的誤差及不確定度評(píng)定的過程中所有最終測量值都應(yīng)該是測量結(jié)果的最佳估計(jì)值。并且對于各種影響量所產(chǎn)生的不確定分量不僅不能缺少，而且不能出現(xiàn)重合。也就是說在整理得出的測量值時(shí)應(yīng)該事先篩除異常值，以保證在所有的測量結(jié)果中都不會(huì)出現(xiàn)明顯的異常數(shù)據(jù)。建立數(shù)學(xué)模型可以使問題簡化，能使評(píng)定更加科學(xué)、準(zhǔn)確。在實(shí)際測量的過程中輸出量y并不能通過直接測量獲得而要由N個(gè)輸入量Xl，X2…XN通過函數(shù)關(guān)系 來獲得：

Y= （Xl，X2…XN）（l）

如式（l）所示就是鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測的測量模型這種數(shù)學(xué)函數(shù)也被稱為數(shù)學(xué)模型。計(jì)算不確定度的評(píng)定一般就是由測量時(shí)的數(shù)學(xué)模型和不確定度定義進(jìn)行評(píng)定的。但是因?yàn)閿?shù)學(xué)模型還存在不完備的地方所以相關(guān)數(shù)值要完全顯示出實(shí)際情況的改變，以使不確定度的評(píng)定能夠根據(jù)盡量多的觀測數(shù)據(jù)來得出。并且在有些測量試驗(yàn)中經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷牟捎脩?yīng)當(dāng)選擇經(jīng)過長時(shí)間檢驗(yàn)的數(shù)學(xué)模型，因?yàn)闄z測標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)值范圍可以表明測量過程是不是處在統(tǒng)計(jì)控制的范圍內(nèi)這樣可以幫助建立數(shù)學(xué)模型和測量不確定度的評(píng)定。

但是數(shù)學(xué)模型并不只有一個(gè)在采用不同的測量方式或不同的測量步驟的情況下河能會(huì)出現(xiàn)不同的數(shù)學(xué)模型。如果輸出量y的輸入量Xl，X2…XN可以被作為被檢測值進(jìn)行計(jì)算，那么也可以取決于其他量，比如具有系統(tǒng)效應(yīng)的修正量等，以導(dǎo)出一個(gè)十分復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系式，致函數(shù) 不能明確地表示出來·

3不確定度評(píng)價(jià)在鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測中的應(yīng)用

3.1 鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測的測量模型

σ=（f，F(xiàn)，d，δ）=4F/πd2=F/S （2）

其中σ為抗拉強(qiáng)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(fù)測量因子；S為原始橫截面積。

3.2 鋼筋抗拉強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

鋼筋抗拉強(qiáng)度不確定度分量主要有以下幾個(gè)因素：鋼筋內(nèi)徑不確定度分量μd、檢測結(jié)果重復(fù)出現(xiàn)的不確定分量μσ1。拉力不確定分量μF；數(shù)據(jù)修約的不確定度分量為μσ2。因?yàn)樵囼?yàn)機(jī)已經(jīng)安裝自動(dòng)采集裝置所以實(shí)驗(yàn)記得拉伸速率達(dá)到規(guī)范要求，可以忽略應(yīng)變率對檢測結(jié)果的影響。這樣，根據(jù)式（2）可以得出鋼筋抗拉強(qiáng)度輸入量檢測結(jié)果的不確定度是：

（3）

（1）計(jì)算鋼筋內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

根據(jù)鋼筋混凝土GB149-2007對鋼筋內(nèi)徑測量誤差的規(guī)定，φ20mm熱軋帶肋鋼筋內(nèi)徑測量的允許誤差在士0.5mm。B類不確定度評(píng)定是對觀測列進(jìn)行非統(tǒng)計(jì)方法處理對不確定度進(jìn)行估算的方法。按照B類評(píng)定鋼筋直徑的誤差結(jié)果屬于均勻分布，h= 萬，由此可以計(jì)算出鋼筋直徑的標(biāo)準(zhǔn)不確定度是：

。

鋼筋內(nèi)徑的相對不確定度是：

。

（2）檢測數(shù)值重復(fù)性的標(biāo)準(zhǔn)不確定度μσ1

在同一鋼筋上均勻地截取3根鋼筋試樣航拉強(qiáng)度檢測結(jié)果如下：570MPa，565MPa，560MPa。

A類不確定度評(píng)定是一種對所測數(shù)值運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析，以對不確定度進(jìn)行估算的方法，采用A類評(píng)定得出被測鋼筋的抗拉強(qiáng)度平均值為 =565MPa。

。

計(jì)算3次檢測數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度是：

。

計(jì)算3次測量結(jié)果的相對不確定度是：

。

3.3 計(jì)算拉力的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量μF

測量拉力F的不確定度由三個(gè)方面組成，萬能材料試驗(yàn)機(jī)測力系統(tǒng)示值誤差帶來的相對不確定度μrol（F1）標(biāo)準(zhǔn)測力儀的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度μrol（F2），計(jì)算器數(shù)值收錄模塊得出的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度μrol（F3）。

萬能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)讀數(shù)時(shí)產(chǎn)生的誤差的相對不確定度μrol（F1），1.1級(jí)的萬能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)示值誤差是士1.1%，根據(jù)均勻分布k= ，則：

。

測力儀的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度μrol（F2）。

使用0.3級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)測力儀對萬能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行檢測。重復(fù)性R=0.3%，即重復(fù)性極限。那么測力儀的相對不確定度：

。

計(jì)算機(jī)數(shù)值收錄模塊產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)不確定度μrol（F3）。

計(jì)算器數(shù)值收錄模塊所產(chǎn)生的B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.2%，則：

。

則產(chǎn)生的最強(qiáng)拉力的標(biāo)準(zhǔn)不確定度μrol（Fm）為：

。

即 。

數(shù)據(jù)修約的不確定度分量為μσ2。

根據(jù)鋼筋抗拉強(qiáng)度修約的規(guī)定鋼筋抗拉強(qiáng)度修約間隔壓力為5MPa才良據(jù)JF1059侖以）2規(guī)定油修約產(chǎn)生的測量不確定度是：

μσ2=0.29×5MPa=1.45MPa。

數(shù)據(jù)修約的相對不確定度為： 。

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

3.4 σ的相對合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

。

3.5 擴(kuò)展不確定度

包含因子k=2，所對應(yīng)的相對擴(kuò)展不確定度是：

。

6）不確定度報(bào)告。

即得出中φ20熱軋帶肋鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測結(jié)果相對不確定度是μrσ=4.7%，k=2。

4結(jié)語

綜上所述，本文就鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測結(jié)果的誤差及不確定度進(jìn)行了分析，通過對誤差及不確定度的有關(guān)方面作的系統(tǒng)論述，對鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測有著一定幫助，相信對不確定性的評(píng)定能夠彌補(bǔ)鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測誤差的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]蘇俊光、盧玉華.鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測結(jié)果的不確定度評(píng)定[J].內(nèi)蒙古質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督.2003（06）.

[2]孫俊.熱軋帶肋鋼筋抗拉強(qiáng)度R_m測量結(jié)果的不確定度分析實(shí)例[J].中華民居（下旬刊）.2013（11）