關(guān)于鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測(cè)中的誤差及不確定度分析

張　淮　（黃山市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心，安徽 黃山 245000）

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關(guān)于鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測(cè)中的誤差及不確定度分析

張淮（黃山市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心，安徽 黃山 245000）

首先對(duì)鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測(cè)中的誤差進(jìn)行了簡要分析，然后闡述了不確定度及其與誤差之間的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上，以HR B400鋼筋作為研究對(duì)象，對(duì)鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測(cè)中不確定度的評(píng)定進(jìn)行論述。期望通過文章的研究能夠?qū)︿摻羁估瓘?qiáng)度檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性的提高有所幫助。

鋼筋；抗拉強(qiáng)度檢測(cè)；誤差；不確定度

0　引言

不確定度的概念是在20世紀(jì)60年代初期由美國標(biāo)準(zhǔn)局的一位數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)專家提出的，這一概念提出后，受到了各國的普遍關(guān)注。上個(gè)世紀(jì)80年代國際計(jì)量局發(fā)出了采用不確定度評(píng)定測(cè)量結(jié)果的建議書，其要求在出具測(cè)量結(jié)果時(shí)，應(yīng)當(dāng)給出合成標(biāo)準(zhǔn)的不確定度，自此各國在開展檢測(cè)工作時(shí)，均開始引入不確定的概念。基于此點(diǎn)，下面本文就鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測(cè)中的誤差及不確定度展開研究。

1　鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測(cè)中的誤差分析

鋼筋是建筑工程施工建設(shè)中使用較多的一種材料，常被用于鋼混結(jié)構(gòu)及鋼筋籠綁扎當(dāng)中，抗拉強(qiáng)度是鋼筋性能的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，一般在使用之前，需要對(duì)該指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于鋼筋的抗拉強(qiáng)度檢測(cè)而言，整個(gè)過程會(huì)受到各種因素的影響，從而不可避免地會(huì)使檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生一定的誤差，大致可將檢測(cè)中的誤差分為以下幾種類型。

1.1系統(tǒng)誤差

這種類型的誤差具體是指對(duì)某一個(gè)相同的物理量進(jìn)行2次或以上的同等精度的測(cè)量時(shí)，誤差始終保持恒定不變的狀態(tài)，或是以特定的規(guī)律發(fā)生變化，具體而言，系統(tǒng)誤差有著某種確定性，但是在實(shí)際測(cè)量中卻無法有效消除，也就是說，此類誤差會(huì)伴隨著測(cè)量過程一直存在。

1.2隨機(jī)誤差

隨機(jī)誤差具體是指在對(duì)某一個(gè)相同的物理量進(jìn)行2次或以上的測(cè)量過程中，所產(chǎn)生出來的誤差的大小不一致，并且沒有任何變化規(guī)律，有著顯著的隨機(jī)性特點(diǎn)，所以必須通過盡可能多的測(cè)量次數(shù)來使誤差減小到最低程度。

1.3過失誤差

這類誤差相對(duì)于前兩類誤差更容易理解一些，具體是指在對(duì)某個(gè)物理量進(jìn)行測(cè)量時(shí)，由于測(cè)量人員采用的方法不合理、操作有誤、測(cè)量儀器準(zhǔn)確性不夠、測(cè)試條件發(fā)生改變而引起的，此類誤差雖然經(jīng)常會(huì)伴隨著測(cè)量過程出現(xiàn)，但卻可以通過各種措施予以消除。

2　不確定度及其與誤差之間的關(guān)系

2.1不確定度

由上文分析可知，對(duì)某個(gè)物理量進(jìn)行測(cè)量時(shí)，會(huì)伴隨產(chǎn)生各種類型的誤差，因測(cè)量過程中誤差的存在，使得對(duì)被測(cè)物理量的值不能準(zhǔn)確確定，不能準(zhǔn)確確定的程度就是不確定度。對(duì)于測(cè)量結(jié)果而言，其質(zhì)量如何，直接體現(xiàn)在不確定度上，即不確定度小，測(cè)量的結(jié)果與真實(shí)值越接近，說明測(cè)量質(zhì)量較高，結(jié)果具有較高的使用價(jià)值；不確定度大，測(cè)量結(jié)果會(huì)偏離真實(shí)值，說明測(cè)量質(zhì)量低，結(jié)果的使用價(jià)值也會(huì)隨之降低。因此，物理量檢測(cè)中，需要在所得的結(jié)果中，給出相應(yīng)的不確定度，這樣不僅可以讓測(cè)量結(jié)果的使用者對(duì)該結(jié)果的可用價(jià)值進(jìn)行評(píng)定，而且還能使測(cè)量結(jié)果間的可比性有所增強(qiáng)。在此需要著重闡明的一點(diǎn)是，目前對(duì)于測(cè)量儀器的不確定度并沒有具體的定義，所以盡可能不要采用這種說法，而是應(yīng)當(dāng)將之理解為在使用測(cè)量儀器對(duì)被檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行測(cè)量的過程中，儀器提供的標(biāo)準(zhǔn)量值的不確定度。具體而言，不確定度本身是一個(gè)參數(shù)，其不是任何一種測(cè)量儀器上所固有的特性，一般只會(huì)用示值誤差來表征儀器的性能，這個(gè)誤差僅與測(cè)量結(jié)果的不確定度有關(guān)。

2.2不確定度與誤差的關(guān)系

雖然不確定度與誤差是兩種截然不同的概念，但在測(cè)量領(lǐng)域當(dāng)中，兩者之間有著極為密切的聯(lián)系，它們的關(guān)系具體體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

①誤差的大小能夠說明被測(cè)量值的準(zhǔn)確程度，而不確定度的大小則可以說明被測(cè)量值的可信程度；

②誤差實(shí)質(zhì)上是測(cè)量結(jié)果與參考量值之間的偏離程度，而不確定度所體現(xiàn)的是測(cè)量值的分散性；

閱讀與寫作的關(guān)系是相輔相成的，“閱讀是寫作的基礎(chǔ)和借鑒，寫作是閱讀的升華和創(chuàng)造”，在平時(shí)的語文教學(xué)中我們要將二者有機(jī)地結(jié)合起來，相互促進(jìn)，共同提高。人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書語文必修1第二單元學(xué)習(xí)的是古代記敘散文：《燭之武退秦師》《荊軻刺秦王》《鴻門宴》，這三篇古代記敘散文都是千古流傳的敘事名篇，這些課文在故事情節(jié)的敘述、人物形象的塑造上都體現(xiàn)了高超的藝術(shù)技巧，對(duì)高中生的記敘文寫作具有指導(dǎo)意義，值得借鑒和學(xué)習(xí)。下面試從故事情節(jié)的敘述和人物形象的塑造兩個(gè)方面來談一談這三篇古代記敘散文對(duì)記敘文寫作技巧的指導(dǎo)。

③誤差作為一個(gè)量值，既有正誤差，也有負(fù)誤差，這主要取決于測(cè)得值與參考量值之間差的正與負(fù)，而不確定度是一個(gè)參數(shù)，可以用標(biāo)準(zhǔn)差來表示，其為非負(fù)的參數(shù)，且與真值無關(guān)；

④當(dāng)誤差以真值作為參考量值時(shí)，它是一個(gè)未知數(shù)，而不確定度則是按照各種相關(guān)信息對(duì)測(cè)量結(jié)果的評(píng)定。

3　鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測(cè)中不確定度的評(píng)定方法

為了便于本文進(jìn)一步的分析，下面選取工程中較為常用的HRB400鋼筋作為研究對(duì)象，對(duì)其抗拉強(qiáng)度檢測(cè)中不確定度的評(píng)定方法進(jìn)行論述。

3.1檢測(cè)方法

本次檢測(cè)中，選用的檢測(cè)設(shè)備為萬能型材料試驗(yàn)機(jī)，該設(shè)備最大允許示值誤差為±0.5%，并依據(jù)GB/T228.1-2010中給出的檢測(cè)方法對(duì)HRB400鋼筋進(jìn)行檢測(cè)，具體做法如下：在適宜的檢測(cè)環(huán)境中，以20MPa/s的速率對(duì)鋼筋施加荷載，然后再用萬能型試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行屈服，屈服過程以40mm/min對(duì)鋼筋施加拉力，直至試樣拉伸至斷裂為止，對(duì)該試樣進(jìn)行拉伸的過程中使用的最大力所對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度就是鋼筋的抗拉強(qiáng)度。

3.2檢測(cè)中不確定度的來源分析

在鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測(cè)中，其不確定度的來源主要有以下幾個(gè)方面：

①拉伸力的值及測(cè)量橫截面積的測(cè)量誤差；

②由于試樣在檢測(cè)過程中，會(huì)受到應(yīng)力速率控制參數(shù)的影響，從而使其拉伸性能發(fā)生一定程度的變化，由此所產(chǎn)生的誤差累加是不確定度的主要來源；

③萬能型試驗(yàn)機(jī)測(cè)力系統(tǒng)的示值誤差會(huì)產(chǎn)生相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的不確定度。

3.3不確定度的具體評(píng)定過程

3.3.1建模

在對(duì)不確定度進(jìn)行評(píng)定前，需要先建立如下數(shù)學(xué)模型：

在該模型中，Rm代表鋼筋的抗拉強(qiáng)度（單位：MPa）；Fm代表鋼筋被拉伸至斷裂時(shí)的最大拉力值（單位：N）；d為鋼筋的內(nèi)徑（單位：mm）。

3.3.2評(píng)定過程

選取一根公稱直徑d=16mm的鋼筋，然后以等長的方式對(duì)其進(jìn)行截割，長度為600mm，并從其中選取10段進(jìn)行檢測(cè)，其結(jié)果如表1所示。

試樣抗拉強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果　表1

將表1中所得的檢測(cè)數(shù)據(jù)，帶入到式（2）中：

經(jīng)過計(jì)算后得出如下結(jié)果：Rm=525.3MPa，對(duì)該結(jié)果進(jìn)行修約之后得Rm=525MPa。

根據(jù)貝塞爾公式對(duì)試驗(yàn)標(biāo)注偏差Ri進(jìn)行計(jì)算，，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。

依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求，本次試驗(yàn)以3個(gè)試樣測(cè)量平均值的不確定度進(jìn)行評(píng)定，經(jīng)過計(jì)算后，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

根據(jù)上文分析，萬能型試驗(yàn)機(jī)的測(cè)力系統(tǒng)示值誤差是檢測(cè)結(jié)果不確定度的主要來源，所以需要對(duì)其進(jìn)行評(píng)定，可用來表示試驗(yàn)機(jī)測(cè)力系統(tǒng)示值誤差的不確定度，經(jīng)過計(jì)算=0.308%。

經(jīng)過計(jì)算后（限于篇幅，計(jì)算過程省略），分別得出試樣原始橫截面積及拉伸速率影響帶來的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度，前者為0.578%，后者為0.44%；對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)修約所引起的不確定度為0.055%。試樣抗拉強(qiáng)度的相對(duì)擴(kuò)展不確定度可用下式進(jìn)行計(jì)算：

4　結(jié)論

綜上所述，鋼筋作為建筑工程中的主要材料，它的各項(xiàng)性能指標(biāo)非常重要，所以在對(duì)鋼筋進(jìn)行使用前，需要進(jìn)行相關(guān)的檢測(cè)，抗拉強(qiáng)度是鋼筋的關(guān)鍵性技術(shù)指標(biāo)，也是檢測(cè)的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，但由于檢測(cè)過程中難免會(huì)產(chǎn)生誤差，所以需要在檢測(cè)報(bào)告附帶檢測(cè)結(jié)果的不確定度。本文以HRB400鋼筋作為研究對(duì)象，對(duì)其不確定度的評(píng)定方法進(jìn)行了詳細(xì)論述，期望能夠?qū)︿摻羁估瓘?qiáng)度檢測(cè)結(jié)果可用性的提高有一定幫助。

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TU502

A

1007-7359(2016)03-0268-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.03.098

張淮（1979-），男，安徽祁門人，本科，工程師，研究方向：建筑工程檢測(cè)。