談鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測(cè)的誤差及不確定度

杜 紅 濤

(中鐵七局集團(tuán)有限公司武漢分公司，湖北 武漢 430000)

·建筑材料及應(yīng)用·

談鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測(cè)的誤差及不確定度

杜 紅 濤

(中鐵七局集團(tuán)有限公司武漢分公司，湖北 武漢 430000)

介紹了鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測(cè)的誤差及不確定度的概念，通過(guò)數(shù)學(xué)模型，對(duì)鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測(cè)的誤差及不確定度進(jìn)行了分析，闡述了不確定度評(píng)價(jià)在鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測(cè)中的應(yīng)用情況，以供借鑒。

鋼筋抗拉強(qiáng)度，誤差，不確定度，檢測(cè)

0 引言

傳統(tǒng)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的誤差評(píng)定僅僅注重誤差的質(zhì)量，往往忽視了測(cè)試條件會(huì)受到很多影響。隨著生產(chǎn)水平的提高，生產(chǎn)技術(shù)日益精密化，誤差評(píng)定已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，研究人員開(kāi)始注意到測(cè)試條件對(duì)于測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生的影響，并對(duì)測(cè)試環(huán)境進(jìn)行一定評(píng)定。但是在實(shí)際工作中，我們得出的測(cè)量值往往會(huì)偏離正態(tài)分布，所以基于正態(tài)分布的參考誤差已經(jīng)不能適用。

1 鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測(cè)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(duì)被測(cè)量值進(jìn)行數(shù)次隨機(jī)檢測(cè)，對(duì)被測(cè)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(cè)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(cè)量結(jié)果，并且對(duì)于測(cè)量結(jié)果存在的區(qū)間，測(cè)量不確定度和測(cè)量值能夠相互彌補(bǔ)，對(duì)其進(jìn)行表征[1]。鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測(cè)的試驗(yàn)方法依據(jù)GB/T 228.1-2010金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法和GB 1499.2-2007鋼筋混凝土用冷軋帶肋鋼筋，檢測(cè)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(guò)程中產(chǎn)生的最大力與橫截面積相除。檢測(cè)的環(huán)境應(yīng)在熱度10 ℃～35 ℃，對(duì)環(huán)境因素控制精確的實(shí)驗(yàn)室，試驗(yàn)溫度應(yīng)為(23±5)℃。在上述環(huán)境條件下，將萬(wàn)能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)調(diào)節(jié)到相應(yīng)速度，然后對(duì)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(duì)檢測(cè)儀器設(shè)備要保證經(jīng)過(guò)省級(jí)檢測(cè)院檢定合格才能進(jìn)行試驗(yàn)，并在檢定周期和證書(shū)有效期內(nèi)使用[2]。

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

(1)

如式(1)所示，就是鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測(cè)的測(cè)量模型，這種數(shù)學(xué)函數(shù)也被稱(chēng)為數(shù)學(xué)模型。計(jì)算不確定度的評(píng)定一般就是由測(cè)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(cè)數(shù)據(jù)來(lái)得出。并且在有些測(cè)量試驗(yàn)中，經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷牟捎脩?yīng)當(dāng)選擇經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間檢驗(yàn)的數(shù)學(xué)模型，因?yàn)闄z測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)值范圍可以表明測(cè)量過(guò)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(cè)量不確定度的評(píng)定[4]。

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

1)鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測(cè)的測(cè)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(chēng)直徑，mm；δ為重復(fù)測(cè)量因子；S為原始橫截面積。

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(cè)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(duì)檢測(cè)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(cè)結(jié)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(jì)算鋼筋內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量μd。

鋼筋內(nèi)徑的相對(duì)不確定度是：

μr,d=μd/d=0.288 mm/20 mm=1.14%。

b.檢測(cè)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，抗拉強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果如下：570 MPa，565 MPa，560 MPa。

S(σk)=5 MPa。

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

計(jì)算3次測(cè)量結(jié)果的相對(duì)不確定度是：

μr, σ1=2.88/564=0.51%。

c.計(jì)算拉力的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量μF。

測(cè)量拉力F的不確定度由三個(gè)方面組成，萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)力系統(tǒng)示值誤差帶來(lái)的相對(duì)不確定度μrel(F1)，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度μrel(F2)，計(jì)算器數(shù)值收錄模塊得出的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度μrel(F3)。

測(cè)力儀的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度μrel(F2)。

使用0.3級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀對(duì)萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行檢測(cè)。重復(fù)性R=0.3%，即重復(fù)性極限。那么測(cè)力儀的相對(duì)不確定度：

μrel(F2)=0.3%。

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

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

μrel(F3)= 0.2%。

則產(chǎn)生的最強(qiáng)拉力的標(biāo)準(zhǔn)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(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5 MPa，根據(jù)JJF 1059-2002規(guī)定，由修約產(chǎn)生的測(cè)量不確定度是：

μσ2=0.29×5 MPa=1.45 MPa。

數(shù)據(jù)修約的相對(duì)不確定度為：

μr，σ2=1.45/565=0.26%。

3)測(cè)定不確定度分量。

不確定度分量一覽表見(jiàn)表1。

表1 不確定分量一覽表

4)σ的相對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

5)擴(kuò)展不確定度。

包含因子k=2，所對(duì)應(yīng)的相對(duì)擴(kuò)展不確定度是：

μr，σ=2×0.024=4.8%。

6)不確定度報(bào)告。

即得出φ20熱軋帶肋鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果相對(duì)不確定度是μr，σ=4.7%，k=2。

4 結(jié)語(yǔ)

在本檢測(cè)中不能重復(fù)考慮被檢測(cè)試樣的抗拉強(qiáng)度，并且本檢測(cè)對(duì)試樣內(nèi)徑的測(cè)量沒(méi)有采用A類(lèi)評(píng)定的方法，所以整體試驗(yàn)不適用于A類(lèi)評(píng)定，但在此情況下，不采用A類(lèi)評(píng)定和不考慮自由度的問(wèn)題并不影響最終檢測(cè)結(jié)果。在檢測(cè)中如果使用多件試樣進(jìn)行檢測(cè)，則求每件的檢測(cè)結(jié)果的平均值，并將試樣間的差異算入結(jié)果中。當(dāng)被檢測(cè)件是螺紋狀鋼件時(shí)，螺紋鋼的內(nèi)徑不能簡(jiǎn)單地用測(cè)量工具測(cè)量，應(yīng)該適用B類(lèi)評(píng)定在螺紋鋼的標(biāo)定直徑的誤差范圍內(nèi)，在面積的計(jì)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(píng)定的，但是誤差往往不能計(jì)算。不確定性的評(píng)定能夠彌補(bǔ)誤差的影響，對(duì)于鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測(cè)具有重要意義。

[1] 李建輝.測(cè)量的不確定度在鋼材檢測(cè)過(guò)程中的應(yīng)用[J].山東建材,2011,29(1):42-43.

[2] 樂(lè) 群,李翠玲.鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果不確定度的評(píng)定[J].中國(guó)計(jì)量,2010,29(4):27-28.

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[4] 郭 淼,林春來(lái),管金榮.抗震鋼筋維氏硬度測(cè)量不確定度的評(píng)定[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2011,14(20):54-55.

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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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