钢筋力学性能试验中试验室内部人员比对的研究

施 英

（福州市建筑工程检测中心有限公司，福建 福州 350000）

1 该文研究的意义

目前很多试验检测机构在组织内部比对的环节上处于薄弱阶段，对比对结果评价的认知不足。本次内部人员比对研究已经在试验室多次实践论证可行，颇具创新价值，特别是具备很强的可操作性、易获得性和实用性，可为社会上各试验检测机构提供可靠的借鉴和参考，具有指导意义。

2 钢筋力学性能试验中试验室内部人员比对

钢筋力学性能试验中试验室内部人员比对是指在相同的环境条件、检测方法、设备和设施等条件下，由试验室内部不同的检测人员对同一规格型号的钢筋样品进行检测。内部人员比对可以直接具体地考查试验室检测人员的能力水平，直观地判断他们的实际操作是否符合规范要求，是否足够熟练，最后总结评价比对结果，及时分析个别离群的原因，针对性地对这部分检测人员进行规范化指导与纠正，从而为钢筋力学性能试验数据结果的可靠性提供持续有力的支撑。

3 试验室内部人员比对的实施

3.1 选择人员

选取该试验室钢筋力学性能试验检测人员5 名，设置人员编号分别为1、2、3、4、5 号，所有的检测人员均已经过培训考核并在确认能力合格后上岗。

3.2 比对方案设计及钢筋取样要求

在该比对设计研究中，5 名检测人员每人在同一台拉力试验机上独立操作，每人拉伸3 根试样。注意，每个项目应取3 根试样的平均值作为该检测员的试验结果，因此共要截取10 根钢筋。钢筋取样概况包括以下3 点：1）生产厂家。福建省三钢（集团）有限责任公司。2）规格型号。20、HRB400E。3）截取步骤：在同一根钢筋原材上截取，长度统一取500 mm，纵向笔直，端头平整，无毛刺，无缺陷，截取完成全部样品之后做好标记并置于干燥的环境条件下待试验。

3.3 选择试验设备

根据GB/T 228.1—2010《金属材料 拉伸试验 第1 部分：室温试验方法》规定，拉力机精度至少Ⅰ级，屈服力和极限抗拉力应控制在拉力机量程的20%～80%范围内。根据20钢筋的屈服强度和抗拉强度经验值，该研究选择试验室现有的WA—300C 的电液伺服万能试验机，最大量程300 kN，精度Ⅰ级。另外需要配备能在钢筋上清楚地标记出5 mm 和10 mm 间距的钢筋标距仪以及用于长度测量的游标卡尺和钢卷尺。

3.4 试验及评定分析依据

依据现行规范GB/T 1499.2—2018《钢筋混凝土用钢 第2部分：热轧带肋钢筋》、GB/T 28900—2012《钢筋混凝土用钢材试验方法》、GB/T 228.1—2010《金属材料 拉伸试验 第1 部分：室温试验方法》进行试验，结果评价参照GB/T 28043—2019《利用实验室间比对进行能力验证的统计方法》中的En值法进行。

3.5 试验场所

该研究选取的钢筋力学试验室环境温度为10 ℃～35 ℃（严格要求为：23℃），能够满足钢筋要求。

3.6 试验速率控制

该次比对研究通过量取上下两夹口之间的钢筋平行长度来确定应变速率，具体就是将平行长度乘以每个阶段规定的应变速率，将所得结果作为横梁位移的控制速率。10 名检测人员统一按GB/T 228.1—2010 的方法A 控制速率：

式中：eLc 为平行长度估计的应变速率。

LC 为平行长度。由钢筋夹完后，现场量取上下两夹口之间的钢筋纵向长度获得。1）弹性阶段： 取GB/T 228.1—2010 推荐的0.00025 乘以平行长度作为弹性阶段的速率。eLc=0.00025s-1，相对误差±20%；也就是速率V 弹性=0.00025×LC，（单位：mm/s）2）屈服阶段： 同样，取GB/T 228.1—2010 推荐的0.00025 乘以平行长度作为屈服阶段的速率。eLc=0.00025s-1，相对误差±20%；也就是速率V 屈服=0.00025×LC，（单位：mm/s）。3）强化阶段： 如果取GB/T 228.1—2010 推荐的0.0067 乘以平行长度作为强化阶段的速率（单位：mm/s）会偏快一些，对之后的伸长率测量有一定的影响，因此根据实践经验权衡后取0.003 乘以平行长度作为强化阶段的速率较为恰当。

eLc=0.003s-1，相对误差±20%；也就是速率V 强化=0.003×LC×60，（单位：mm/min）。

3.7 结果计算与评定方法

人员比对有以下2 种评定方式：1）当方法规定了允许差时，选择具有较高准确度的一方（参考方）的测定值作为参考值，与比对方的测定值比对结果。2）当方法没有规定允许差时，选择测量的不确定度进行评价，比对双方的结果。

针对钢筋的比对试验目前暂时没有明确的标准规定允许差，因此该研究需要先计算出该试验室的钢筋力学性能各指标的测量不确定度，计算方法主要依据GB/T 228.1—2010《金属材料 拉伸试验 第1 部分：室温试验方法》附录L 进行。

钢筋力学性能试验人员比对目的是评定各检测员在相应的扩展不确定度限定范围内能否达到或者靠近指定值结果的水平，结合CNAS—GL02：2014《能力验证结果的统计处理和能力评价指南》以及GB/T 28043—2019《利用实验室间比对进行能力验证的统计方法》得知，这种比对属于校准范畴的能力验证，因此该标准的En值法适用于本研究中人员比对的评价。具体评价准则如以下3 条所示：1）满意：En<1，评价比对结果满意。2）不满意：En＞1，评价比对结果不满意，应该剖析原因，及时纠正并采取纠正措施。3）警戒提示：En=1，比对结果处于临界值，需要查找原因并针对性地采取预防与纠正措施。

En计算公式如下：

式中：1）En为能力度量值。2）X 为参加者结果。3）Xo为试验室确定的指定值，该研究取各参加者结果的总平均值。4）U 为指定值的标准不确定度，该研究采用该试验室的参加者试验结果的平均值计算得出各项目的测量不确定度。5）U0为参加者自身对其结果的标准不确定度的估计值，该研究除了最大力总延伸率参照研究文献《抗震钢筋最大力总伸长率不确定度研究》取预估值，其他检测项目按照GB/T 228.1—2010 附录L 的各项目既得不确定度结果取预估值。

3.8 结果计算与分析

3.8.1 10名试验检测员分别得出的试验结果

为了获得良好的可比性，按照以下方式修约：抗拉强度Rm 和下屈服强度ReL 修约至1 MPa，最大力总延伸率Agt 修约至0.1%。

而对于10 个试验结果的平均值，抗拉强度Rm 保留三位有效数字，其他结果及标准偏差保留四位有效数字，不确定度保留两位有效数字，但为提高计算结果的准确度，不确定度在计算过程中保留的数位适当增加到3 位小数点，变异系数保留至3 位小数点。

特别说明。1）钢筋是不经机加工的试样，根据GB/T 228.1—2010 附录D，原始标距的标记与最接近夹头间的距离不应小于横截面积的开平方，对于20 的钢筋，横截面积为314.2 mm2，开平方结果是17.73 mm，因此试样夹完后应该在平行长度上下两端作好距离夹口17.73 mm 的初始标记，作为原始标距的起始端。2）该研究中最大力总延伸率采用手工法进行测量，10 名试验检测员分别得出的试验结果见表1。

3.8.2 各项目的相对扩展不确定度来源与计算过程

3.8.2.1 特别说明

关于该试验有以下7 点特别说明：1）因为每个编号的试验结果都是3 根钢筋的平均值，根据均匀分布原则，每个项目测量重复性的相对标准不确定度要以5 个试验结果的变异系数除以获得。2）抗拉强度、下屈服强度的相对扩展不确定度按照GB/T 228.1—2010 附录L 所示公式结合该研究所得实测试验结果进行计算，GB/T 228.1—2010 缺乏最大力总延伸率的相对扩展不确定度计算方法，因此后面会对最大力总延伸率的相对扩展不确定度进行详细分析。3）小写的ucrel代表相对标准不确定度的合成值，大写的Ucrel代表相对扩展不确定度，Ucrel=k×ucrel，按照95%的置信水平，相对扩展不确定度Ucrel（Rm）=k×ucrel（Rm）式子中的k=2，即相对扩展不确定度为2 倍的相对标准不确定度合成值。4）试样原始横截面积为B 类相对标准不确定度按GB/T 228.1—2010 计算结果取值0.578%。5）抗拉强度的最大力以及下屈服强度的下屈服力相对标准不确定度按照GB/T 228.1—2010附录L 计算结果取值0.620%，来源于以下3 个方面：1）Ⅰ级拉力机测力系统带来的示值误差。2）拉力机检定时0.3 级的标准测力仪器带来的误差。3）计算机数据采集系统引入的B 类相对标准不确定度。6）对于抗拉强度及下屈服强度中由拉伸速率带来的相对标准不确定度，按GB/T 228.1—2010 是由拉伸速率对拉伸强度的影响为±5 MPa 经均匀分布考虑后得出的2.887%，再分别除以5 个实测抗拉强度的平均值、5个实测下屈服强度来获得。7）相对合成不确定度是由各不同来源得到的相对标准不确定度的平方和相加后开平方计算得到。

表1 试验结果

3.8.2.2 抗拉强度Rm的相对扩展不确定度

相对不确定度分项分别为urel（rep）、urel（Fm）、urel（S0）、urel（RmV）的不确定度来源进行确定，发现不同的分项不确定度来源也是不同的，见表2。但是就相对不确定度分项的相对合成不确定度及相对扩展不确定度来看，这4 个是相同的。

3.8.2.3 下屈服强度ReL的相对扩展不确定度

上面对 抗拉强度Rm的相对扩展不确定度进行了分析，但是单从这一个指标是无法对钢筋力学性能进行有效确定，所以在表3 对下屈服强度ReL的相对扩展不确定度进行探讨。相对不确定度分项没有变，但是不确定度来源发生了变化，其中urel（FeL）的不确定来源为下屈服力，同时相比于表2 的数据，在表3 中各项数据也都发生了明显变化。而且发现虽然四个相对不确定度分项的相对合成不确定度与相对扩展不确定度依然保持相等。

3.8.2.4 最大力总延伸率Agt的相对扩展不确定度

数学模型：Agt=Ag+Rm/2000，Ag和Rm彼此不相关，2 000 为固定数值，带来的不确定度可以忽略。因此最大力总延伸率Agt的相对标准不确定度合成值可以按下式计算[1]：

因此，要先按分项分析Ag和Rm各自的相对标准不确定度的合成值，然后再汇总成Agt的相对标准不确定度，Rm的相对标准不确定度的合成值根据上述表2 计算结果已知为0.994%，Ag相对标准不确定度来源、分析与合成值详见表4。则最大力总延伸率Agt的相对标准不确定度合成值：

表2 抗拉强度Rm 的相对扩展不确定度

表3 下屈服强度ReL 的相对扩展不确定度

表4 Ag 相对标准不确定度的合成值

则最大力总延伸率Agt的相对扩展不确定度：

3.9 人员比对结果的评价与分析总结

在该次人员比对研究中，相同的样品由5 个试验检测人员重复地做试验，以平均值作为结果的代表值。纵观整体试验结果（见表1），每个试验结果都和平均值有所偏离，显示了试验结果的组内离散，结果离散反映出试验存在误差。造成离散的来源很多，包括样品不均匀、操作偏差、环境条件误差、测试技术及仪器精度误差等。在这个使用相同样品、相同环境、相同仪器设备的重复性试验中，试验误差的大小主要反映了人员试验操作水平的高低，另外，也可以通过试验误差来评价人员比对研究的有效性以及鉴别和剔除一些异常数据。

在这里我们可以借鉴JTS/T 236—2019《水运工程混凝土试验检测技术规范》的附录E 中对混凝土试验数据处理的方式来评价该次人员比对研究的有效性。组内重复取样试验误差的分级见表5，按各试验项目结果的变异系数大小来划分试验水平的优劣。

表5 试验误差等级表

纵观整体试验结果发现（见表1），该次人员比对研究中抗拉强度Rm变异系数为0.296%；下屈服强度ReL变异系数为0.300%；最大力总延伸率Agt变异系数为8.329%，根据上表5 显示：变异系数＜3%试验误差等级是优秀，变异系数在[3，4]区间试验误差等级是良好，评定该次抗拉强度、下屈服强度的人员比对试验有效。但最大力总延伸率的变异系数高达8.329%，说明结果偏差较大，后续试验室应把最大力总延伸率提起专题研究，进一步查明原因，有针对性地纠正并实施纠正措施。

从变异系数的大小也可以进一步分析，断后伸长率的测量由人工操作进行，误差较大；抗拉强度和下屈服强度由电脑直读，误差较小。因此，试验室在今后工作中应该加强人员对标距测量的培训与学习。

从En看，抗拉强度个人试验结果达到满意结果的为80%，达到不满意结果的为20%，从表1 中找出不满意人员为4 号人员，说明4 号试验员操作过程不符合规范要求，推测原因可能是在夹持过程中样品没有对中、或拉伸时没有将试验机油缸预抬10 cm、上钳口夹完试件忘记清零等，所以应进一步监督该人员的试验操作水平，并且采取纠正措施。

从相对扩展不确定度看，试验结果中抗拉强度的为2.0；下屈服强度的为2.2，最大力总延伸率的为11。2.0 ＜2.2＜③11（最差），人员在钢筋拉力试验过程的操作偏差相对较小，而在测量标距时操作偏差相对较大，特别是最大力总延伸率的人员操作偏差最大，再次表明应该把最大力总延伸率提起专题研究，进一步查明原因，有针对性地纠正并实施纠正措施。

4 结语

综上所述，该研究的钢筋力学性能试验内部人员比对方法简单易行，适用于各种试验室，例如第三方检测机构、工地项目试验室等，可以帮助试验室动态监测试验人员的能力水平，及时发现异常偏差与不足，有针对性地对不足之处进行监督与纠正，也能进一步督促试验检测人员加强对专业技能的学习，规范操作，提升检测水平，从而保证试验结果的可靠性与试验室的社会信任度。