鋼筋抗拉強度檢測中的誤差及不確定度分析

陳濤

摘要：通過對鋼筋抗拉強度檢測結(jié)果的不確定性進行分析，能夠判斷檢測結(jié)果的利用價值，保證鋼筋使用的合理性。本文對鋼筋抗拉強度檢測中的誤差和不確定度進行分析，論述了其誤差和不確定度的關(guān)系，通過實例分析如何計算檢測結(jié)果的不確定性。

關(guān)鍵詞：鋼筋;抗拉強度檢驗;誤差;不確定度分析

在鋼筋抗拉強度檢測結(jié)果分析中，如果只是使用誤差對檢測結(jié)果進行判斷，就會忽視許多影響檢測結(jié)果的因素，這樣的評判是不可靠的。隨著對精度的要求越來越高，當前要對檢測結(jié)果的不確定度進行標注，從而合理地使用最后的檢測結(jié)果。

一、鋼筋抗拉強度的誤差種類

目前，鋼筋在當前建筑物建設(shè)中有十分重要的地位，由于使用量較多，必須要對其抗拉強度進行檢測，才能正確地使用各種強度的鋼筋[1]。當前鋼筋經(jīng)常被使用在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋籠綁扎中，其抗拉強度將會決定整個建筑物的質(zhì)量。影響抗拉強度結(jié)果的因素有很多，這些會導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)誤差，造成結(jié)果不準確。

（一）系統(tǒng)誤差

系統(tǒng)誤差是對某一個物理量相同精度的反復(fù)檢測后，發(fā)現(xiàn)誤差大小始終不變，或者誤差的變化有著明顯的規(guī)律，這就證明這些誤差是由于一些特性造成的。然而在實際檢測當中，這樣的誤差無法消除，并且會伴隨著整個檢測工作始終存在。

（二）隨機誤差

在對某一項指標或者某一個物理量進行了兩次檢測后，所得到的結(jié)果誤差大小不一致，呈離散性分布。隨機誤差和系統(tǒng)誤差存在的區(qū)別在于誤差的變化沒有規(guī)律，具有很強的隨機性。這種誤差是可以解決的，可以通過增加檢測的次數(shù)將誤差對精確性的影響減到最低。

（三）過失誤差

過失誤差的出現(xiàn)在于檢測人員和檢測儀器;例如檢測的人員沒有合理的使用檢測方法，導(dǎo)致了檢測結(jié)果的不準確，或者在檢測過程中選擇了錯誤的儀器，或者由于儀器自身存在一定的問題，最后導(dǎo)致檢測條件不符合，從而出現(xiàn)了誤差。這種誤差在實際工作當中也非常常見，但也可通過一些措施進行有效地消除。

二、不確定度和誤差之間的關(guān)系

（一）不確定度的意義

在對某一個物理量進行檢測時，受外界原因和內(nèi)部原因的影響，會不可避免地存在各種誤差，導(dǎo)致不能準確得到定某一個物理量的數(shù)值。而不確定度，就是這些物理量的不確定程度。如果檢測結(jié)果的質(zhì)量很高，檢測結(jié)果的不確定度非常小;但是如果檢測結(jié)果的質(zhì)量很低，檢測結(jié)果就會有很高的不確定度，這樣的結(jié)果通常會和真實值有很大的出入[2]。相比之下，不確定度高的結(jié)果缺少足夠的應(yīng)用價值，不確定度低的結(jié)果的利用價值比較高。在實際的工作中，在給出一個物理量檢測結(jié)果的同時，也需要給出這個檢測結(jié)果的不確定度，從而判斷檢測結(jié)果的可利用性，同時也讓檢測結(jié)果之間具有更強的可比性。

雖然很多誤差都來自于儀器，當前并沒有對不確定度的評價，在實際工作中也不會給出不確定度的大小。但由于儀器會提供一些標準值，可以評價這些標準值的不確定度。同時，不確定度并不是一個儀器或者一根鋼筋的固有特性，只是工程當中的一個參數(shù)。儀器由于自身性能的原因，示值也存在一些誤差，這個誤差也和檢測結(jié)果的不確定度有很大的關(guān)系。

（二）不確定度

不確定度和誤差的含義完全不同，但是二者的關(guān)系依然十分密切。誤差的大小決定了檢測結(jié)果的準確性，而不確定度的大小則能說明一個數(shù)據(jù)的可信程度;誤差表現(xiàn)的是檢測結(jié)果和參考量之間的偏離大小，而不確定性則能夠體現(xiàn)出檢測結(jié)果的分離程度。誤差是一個數(shù)值，所以有正負兩種數(shù)值，其正負和大小都決定于檢測結(jié)果和參考值之間的差值;不確定度是一個參數(shù)，是非負值，并且和真值無關(guān);在用真值作為參考量時，誤差就成為了一個未知數(shù);目前，不確定度是通過各種信息最后計算出來的結(jié)果。

三、鋼筋抗拉強度檢測中不確定度的應(yīng)用

（一）檢測方法

本次以某住宅工程中常用的HRB400鋼筋為例，檢測它的抗拉強度，并分析檢測結(jié)果的不確定度。實驗使用是萬能型材料試驗機，機器的示值誤差為0.5%，并以GB/T228.1-2010中的檢測方法來檢測鋼筋的抗拉強度。

首先將鋼筋置于合適的檢測環(huán)境中，以20MPa/s的速度開始給鋼筋增加荷載，同時使用萬能型試驗機進行屈服，以40mm/min的速度給鋼筋施加拉力，直到鋼筋斷裂，在斷裂前施加給鋼筋的最大拉力作為鋼筋的抗拉強度。

（二）實驗當中不確定度來源

在進行抗拉強度的檢測時，不確定性的來源有很多，主要幾個因素，鋼筋內(nèi)徑的不確定度分量μd;檢測結(jié)果導(dǎo)致的不確定度分量μσ1;拉力的不確定分量μF，數(shù)據(jù)修約的不確定度μσ2。在進行檢測時，由于受到應(yīng)力速率控制參數(shù)的影響，試驗機的拉伸性能可能有一定的變化，導(dǎo)致誤差會有所增加，而且且這種情況所導(dǎo)致的不確定度也是造成不確定度增加的重要來源。由于本次實驗在適合的測試條件中，因此這個誤差可以忽略;萬能型試驗機的測力系統(tǒng)示值可能存在誤差，從而導(dǎo)致了不確定度的增加。

（三） 不確定度的評定

鋼筋抗拉不確定度的檢測模型為：σ=（f，F(xiàn)，d，δ）=4F/πd2，其中σ為抗拉強度，單位為MPa;F為拉伸的最大破壞力，單位是N;d為鋼筋的直徑，單位為mm;δ為重復(fù)檢測因子;s為鋼筋的原始橫截面積。

（1）鋼筋內(nèi)徑的不確定度分量μd的計算

由于鋼筋內(nèi)徑的檢測誤差在0.5mm，不確定度的確定通過觀測列進行非統(tǒng)計方法來確定，最后得到估算的結(jié)果。根據(jù)B類評定結(jié)果，鋼筋的直徑誤差是結(jié)果均勻分布的，k = √3，因此可以確定鋼筋直徑的不確定度為：μd = 0.5/√3mm = 0.288mm

鋼筋內(nèi)徑相對不確定性的計算方法為：μrd =μd/d = 0.288 / 20 = 1.14%。

（2）加測數(shù)值重復(fù)性的不確定度計算

通過在同一根鋼筋上均勻選取3根鋼筋試樣，獲得的抗拉強度檢測結(jié)果為：570MPa、565MPa、560MPa，在進行不確定度的評定時，使用統(tǒng)計學(xué)方法，經(jīng)過計算，抗拉強度的平均值為565MPa。

（3）計算拉力標準的不確定度

檢測拉力F的不確定度的主要原因，首先是萬能材料測試試驗機示值系統(tǒng)可能會存在誤差，造成了不確定度μrel（F1），標準測力儀的相對不確定度μrel（F2）。還有是計算器數(shù)值收錄模塊的相對不確定度μrel（F3）。在確定萬能材料試驗機示值誤差的不確定度時，由于所使用的實驗機器的示值誤差是0.5%，均勻分布k = 根號3，所以μrel（F1） = 0.5%/ = 0.289%。

測力儀器的相對標準不確定度μrel（F2）的確定為，使用0.3級的標準測力儀器對萬能材料試驗機進行檢測，重復(fù)性R為0.3%，所以測力儀器的不確定度為：μrel（F2） = 0.3%。

判斷計算機數(shù)值收錄模塊產(chǎn)生的B累標準不確定度為0.2，因此：μrel（F3） = 0.2%。最后獲得最強拉力標準的不確定度為，μrel（Fm）=0.46%。按照鋼筋抗拉強度修約的規(guī)定，抗拉強度修約的間隔壓力大約在5MPa，因此檢測不確定度μσ2為μσ2=0.29 * 5 = 1.45MPa，相對不確定度為μrσ2=1.45/565 = 0.26%。σ相對合成標準不確定度為0.024，包含因子k = 2，對應(yīng)的不確定度為μrσ? = 2 * 0.024 = 4.8%，所以檢測結(jié)果的不確定度為4.8%，k = 2。

四、結(jié)語：

鋼筋作為建筑工程施工中大量使用的材料，必須要對它的各項性能指標進行檢測，因此必須要檢測鋼筋的各項新能指標。抗拉強度是鋼筋各項性能指標的重點，實際檢測過程中會存在一定的誤差，但通過標注檢測結(jié)果的不確定度，可以對檢測結(jié)果的可用性進行判斷，保證施工中合理的使用鋼筋。

參考文獻：

[1] 李曉東，李曉玲.測量不確定度的相關(guān)概念及評定方法的探討[J].理化檢驗（物理分冊）. 2002（11）.

[2]杜紅濤. 談鋼筋抗拉強度檢測的誤差及不確定度[J]. 山西建筑，2014，40（14）.