关于钢筋抗拉强度检测中的误差及不确定度分析

张　淮　（黄山市建设工程质量监督检测中心，安徽 黄山 245000）



关于钢筋抗拉强度检测中的误差及不确定度分析

张淮（黄山市建设工程质量监督检测中心，安徽 黄山 245000）

首先对钢筋抗拉强度检测中的误差进行了简要分析，然后阐述了不确定度及其与误差之间的关系，在此基础上，以HR B400钢筋作为研究对象，对钢筋抗拉强度检测中不确定度的评定进行论述。期望通过文章的研究能够对钢筋抗拉强度检测结果准确性的提高有所帮助。

钢筋；抗拉强度检测；误差；不确定度

0　引言

不确定度的概念是在20世纪60年代初期由美国标准局的一位数理统计学专家提出的，这一概念提出后，受到了各国的普遍关注。上个世纪80年代国际计量局发出了采用不确定度评定测量结果的建议书，其要求在出具测量结果时，应当给出合成标准的不确定度，自此各国在开展检测工作时，均开始引入不确定的概念。基于此点，下面本文就钢筋抗拉强度检测中的误差及不确定度展开研究。

1　钢筋抗拉强度检测中的误差分析

钢筋是建筑工程施工建设中使用较多的一种材料，常被用于钢混结构及钢筋笼绑扎当中，抗拉强度是钢筋性能的一个关键技术指标，一般在使用之前，需要对该指标进行检测。对于钢筋的抗拉强度检测而言，整个过程会受到各种因素的影响，从而不可避免地会使检测结果产生一定的误差，大致可将检测中的误差分为以下几种类型。

1.1系统误差

这种类型的误差具体是指对某一个相同的物理量进行2次或以上的同等精度的测量时，误差始终保持恒定不变的状态，或是以特定的规律发生变化，具体而言，系统误差有着某种确定性，但是在实际测量中却无法有效消除，也就是说，此类误差会伴随着测量过程一直存在。

1.2随机误差

随机误差具体是指在对某一个相同的物理量进行2次或以上的测量过程中，所产生出来的误差的大小不一致，并且没有任何变化规律，有着显著的随机性特点，所以必须通过尽可能多的测量次数来使误差减小到最低程度。

1.3过失误差

这类误差相对于前两类误差更容易理解一些，具体是指在对某个物理量进行测量时，由于测量人员采用的方法不合理、操作有误、测量仪器准确性不够、测试条件发生改变而引起的，此类误差虽然经常会伴随着测量过程出现，但却可以通过各种措施予以消除。

2　不确定度及其与误差之间的关系

2.1不确定度

由上文分析可知，对某个物理量进行测量时，会伴随产生各种类型的误差，因测量过程中误差的存在，使得对被测物理量的值不能准确确定，不能准确确定的程度就是不确定度。对于测量结果而言，其质量如何，直接体现在不确定度上，即不确定度小，测量的结果与真实值越接近，说明测量质量较高，结果具有较高的使用价值；不确定度大，测量结果会偏离真实值，说明测量质量低，结果的使用价值也会随之降低。因此，物理量检测中，需要在所得的结果中，给出相应的不确定度，这样不仅可以让测量结果的使用者对该结果的可用价值进行评定，而且还能使测量结果间的可比性有所增强。在此需要着重阐明的一点是，目前对于测量仪器的不确定度并没有具体的定义，所以尽可能不要采用这种说法，而是应当将之理解为在使用测量仪器对被检测对象进行测量的过程中，仪器提供的标准量值的不确定度。具体而言，不确定度本身是一个参数，其不是任何一种测量仪器上所固有的特性，一般只会用示值误差来表征仪器的性能，这个误差仅与测量结果的不确定度有关。

2.2不确定度与误差的关系

虽然不确定度与误差是两种截然不同的概念，但在测量领域当中，两者之间有着极为密切的联系，它们的关系具体体现在如下几个方面：

①误差的大小能够说明被测量值的准确程度，而不确定度的大小则可以说明被测量值的可信程度；

②误差实质上是测量结果与参考量值之间的偏离程度，而不确定度所体现的是测量值的分散性；

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③误差作为一个量值，既有正误差，也有负误差，这主要取决于测得值与参考量值之间差的正与负，而不确定度是一个参数，可以用标准差来表示，其为非负的参数，且与真值无关；

④当误差以真值作为参考量值时，它是一个未知数，而不确定度则是按照各种相关信息对测量结果的评定。

3　钢筋抗拉强度检测中不确定度的评定方法

为了便于本文进一步的分析，下面选取工程中较为常用的HRB400钢筋作为研究对象，对其抗拉强度检测中不确定度的评定方法进行论述。

3.1检测方法

本次检测中，选用的检测设备为万能型材料试验机，该设备最大允许示值误差为±0.5%，并依据GB/T228.1-2010中给出的检测方法对HRB400钢筋进行检测，具体做法如下：在适宜的检测环境中，以20MPa/s的速率对钢筋施加荷载，然后再用万能型试验机进行屈服，屈服过程以40mm/min对钢筋施加拉力，直至试样拉伸至断裂为止，对该试样进行拉伸的过程中使用的最大力所对应的强度就是钢筋的抗拉强度。

3.2检测中不确定度的来源分析

在钢筋抗拉强度检测中，其不确定度的来源主要有以下几个方面：

①拉伸力的值及测量横截面积的测量误差；

②由于试样在检测过程中，会受到应力速率控制参数的影响，从而使其拉伸性能发生一定程度的变化，由此所产生的误差累加是不确定度的主要来源；

③万能型试验机测力系统的示值误差会产生相对标准的不确定度。

3.3不确定度的具体评定过程

3.3.1建模

在对不确定度进行评定前，需要先建立如下数学模型：

在该模型中，Rm代表钢筋的抗拉强度（单位：MPa）；Fm代表钢筋被拉伸至断裂时的最大拉力值（单位：N）；d为钢筋的内径（单位：mm）。

3.3.2评定过程

选取一根公称直径d=16mm的钢筋，然后以等长的方式对其进行截割，长度为600mm，并从其中选取10段进行检测，其结果如表1所示。

试样抗拉强度检测结果　表1

将表1中所得的检测数据，带入到式（2）中：

经过计算后得出如下结果：Rm=525.3MPa，对该结果进行修约之后得Rm=525MPa。

根据贝塞尔公式对试验标注偏差Ri进行计算，，相对标准偏差。

依据现行规范标准的规定要求，本次试验以3个试样测量平均值的不确定度进行评定，经过计算后，相对标准不确定度

根据上文分析，万能型试验机的测力系统示值误差是检测结果不确定度的主要来源，所以需要对其进行评定，可用来表示试验机测力系统示值误差的不确定度，经过计算=0.308%。

经过计算后（限于篇幅，计算过程省略），分别得出试样原始横截面积及拉伸速率影响带来的相对标准不确定度，前者为0.578%，后者为0.44%；对检测结果进行数据修约所引起的不确定度为0.055%。试样抗拉强度的相对扩展不确定度可用下式进行计算：

4　结论

综上所述，钢筋作为建筑工程中的主要材料，它的各项性能指标非常重要，所以在对钢筋进行使用前，需要进行相关的检测，抗拉强度是钢筋的关键性技术指标，也是检测的重点环节，但由于检测过程中难免会产生误差，所以需要在检测报告附带检测结果的不确定度。本文以HRB400钢筋作为研究对象，对其不确定度的评定方法进行了详细论述，期望能够对钢筋抗拉强度检测结果可用性的提高有一定帮助。

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TU502

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1007-7359(2016)03-0268-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.03.098

张淮（1979-），男，安徽祁门人，本科，工程师，研究方向：建筑工程检测。