谈钢筋抗拉强度检测的误差及不确定度

杜 红 涛

(中铁七局集团有限公司武汉分公司，湖北 武汉 430000)

·建筑材料及应用·

谈钢筋抗拉强度检测的误差及不确定度

杜 红 涛

(中铁七局集团有限公司武汉分公司，湖北 武汉 430000)

介绍了钢筋抗拉强度检测的误差及不确定度的概念，通过数学模型，对钢筋抗拉强度检测的误差及不确定度进行了分析，阐述了不确定度评价在钢筋抗拉强度检测中的应用情况，以供借鉴。

钢筋抗拉强度，误差，不确定度，检测

0 引言

传统对检测结果的误差评定仅仅注重误差的质量，往往忽视了测试条件会受到很多影响。随着生产水平的提高，生产技术日益精密化，误差评定已经远远不够，研究人员开始注意到测试条件对于测试结果产生的影响，并对测试环境进行一定评定。但是在实际工作中，我们得出的测量值往往会偏离正态分布，所以基于正态分布的参考误差已经不能适用。

1 钢筋抗拉强度检测的误差及不确定度的概念

不确定度的定义是指在统计控制状态下对被测量值进行数次随机检测，对被测量物体的得出数值分散性予以科学地表达。我们得出的测量结果往往不是一个定值，而是在分散性这一量值区间出现。这个量值区间根据一个适用概率包含可能得到的所有测量结果，并且对于测量结果存在的区间，测量不确定度和测量值能够相互弥补，对其进行表征[1]。钢筋抗拉强度检测的试验方法依据GB/T 228.1-2010金属材料室温拉伸试验方法和GB 1499.2-2007钢筋混凝土用冷轧带肋钢筋，检测原理为钢筋试样的圆形横截面受到抗拉强度的牵拉直至断裂，此时用拉伸过程中产生的最大力与横截面积相除。检测的环境应在热度10 ℃～35 ℃，对环境因素控制精确的实验室，试验温度应为(23±5)℃。在上述环境条件下，将万能材料实验机调节到相应速度，然后对钢筋产生相应的拉力，直至钢筋断裂，根据钢筋断裂时所受的拉力便能够计算出试样的抗拉强度。此处要注意对检测仪器设备要保证经过省级检测院检定合格才能进行试验，并在检定周期和证书有效期内使用[2]。

2 钢筋抗拉强度检测的误差和不确定度的数学模型

(1)

如式(1)所示，就是钢筋抗拉强度检测的测量模型，这种数学函数也被称为数学模型。计算不确定度的评定一般就是由测量时的数学模型和不确定度定义进行评定的。但是因为数学模型还存在不完备的地方，所以相关数值要完全显示出实际情况的改变，以使不确定度的评定能够根据尽量多的观测数据来得出。并且在有些测量试验中，经验模型的采用应当选择经过长时间检验的数学模型，因为检测标准和相关值范围可以表明测量过程是不是处在统计控制的范围内，这样可以帮助建立数学模型和测量不确定度的评定[4]。

3 不确定度评价在钢筋抗拉强度检测中的应用

1)钢筋抗拉强度检测的测量模型：

σ=(f，F，d，δ)=4F/πd2=F/S

(2)

其中，σ为抗拉强度，MPa；F为拉伸的最大破坏力，N；d为钢筋公称直径，mm；δ为重复测量因子；S为原始横截面积。

2)钢筋抗拉强度的标准不确定度评定。

钢筋抗拉强度不确定度分量主要有以下几个因素：钢筋内径不确定度分量μd；检测结果重复出现的不确定分量μσ1；拉力不确定分量μF；数据修约的不确定度分量为μσ2。因为试验机已经安装自动采集装置，所以实验记得拉伸速率达到规范要求，可以忽略应变率对检测结果的影响。这样，根据式(2)可以得出钢筋抗拉强度输入量检测结果的不确定度是：

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

(3)

a.计算钢筋内径的标准不确定度分量μd。

钢筋内径的相对不确定度是：

μr,d=μd/d=0.288 mm/20 mm=1.14%。

b.检测数值重复性的标准不确定度μσ1。

在同一钢筋上均匀地截取3根钢筋试样，抗拉强度检测结果如下：570 MPa，565 MPa，560 MPa。

S(σk)=5 MPa。

计算3次检测数值的标准不确定度是：

计算3次测量结果的相对不确定度是：

μr, σ1=2.88/564=0.51%。

c.计算拉力的标准不确定度分量μF。

测量拉力F的不确定度由三个方面组成，万能材料试验机测力系统示值误差带来的相对不确定度μrel(F1)，标准测力仪的相对标准不确定度μrel(F2)，计算器数值收录模块得出的相对标准不确定度μrel(F3)。

测力仪的相对标准不确定度μrel(F2)。

使用0.3级的标准测力仪对万能材料试验机进行检测。重复性R=0.3%，即重复性极限。那么测力仪的相对不确定度：

μrel(F2)=0.3%。

计算机数值收录模块产生的标准不确定度μrel(F3)。

计算器数值收录模块所产生的B类标准不确定度为0.2%，则：

μrel(F3)= 0.2%。

则产生的最强拉力的标准不确定度μrel(Fm)为：

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

即μrel(Fm)=0.68%。

数据修约的不确定度分量为μσ2。

根据钢筋抗拉强度修约的规定，钢筋抗拉强度修约间隔压力为5 MPa，根据JJF 1059-2002规定，由修约产生的测量不确定度是：

μσ2=0.29×5 MPa=1.45 MPa。

数据修约的相对不确定度为：

μr，σ2=1.45/565=0.26%。

3)测定不确定度分量。

不确定度分量一览表见表1。

表1 不确定分量一览表

4)σ的相对合成标准不确定度：

5)扩展不确定度。

包含因子k=2，所对应的相对扩展不确定度是：

μr，σ=2×0.024=4.8%。

6)不确定度报告。

即得出φ20热轧带肋钢筋抗拉强度检测结果相对不确定度是μr，σ=4.7%，k=2。

4 结语

在本检测中不能重复考虑被检测试样的抗拉强度，并且本检测对试样内径的测量没有采用A类评定的方法，所以整体试验不适用于A类评定，但在此情况下，不采用A类评定和不考虑自由度的问题并不影响最终检测结果。在检测中如果使用多件试样进行检测，则求每件的检测结果的平均值，并将试样间的差异算入结果中。当被检测件是螺纹状钢件时，螺纹钢的内径不能简单地用测量工具测量，应该适用B类评定在螺纹钢的标定直径的误差范围内，在面积的计算上考虑到不确定度的分量。

不确定度在原则上是可以被评定的，但是误差往往不能计算。不确定性的评定能够弥补误差的影响，对于钢筋抗拉强度检测具有重要意义。

[1] 李建辉.测量的不确定度在钢材检测过程中的应用[J].山东建材,2011,29(1):42-43.

[2] 乐 群,李翠玲.钢筋抗拉强度检测结果不确定度的评定[J].中国计量,2010,29(4):27-28.

[3] 苏俊光,卢玉华.钢筋抗拉强度检测结果的不确定度评定[J].内蒙古质量技术监督,2012,36(6):41-42.

[4] 郭 淼,林春来,管金荣.抗震钢筋维氏硬度测量不确定度的评定[J].科学技术与工程,2011,14(20):54-55.

[5] 王元光,郭运杰.混凝土抗压强度检测结果的不确定度评定[J].广东建材,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

杜红涛(1978- )，女，工程师

TU502

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