朱可加，張恕遠(yuǎn)

（西華大學(xué)，四川 成都 610039）

0 引 言

近年來(lái)，隨著我國(guó)公路和鐵路建設(shè)的迅猛發(fā)展，在結(jié)構(gòu)工程和基樁工程中（例如起重、彎曲、校直、擠壓、剪切、鉚焊、頂升、拉伸、拆裝、沖孔、建筑鋼筋擠壓、橋梁、工程機(jī)械等各種作業(yè)），油泵-千斤頂既是張拉施力設(shè)備，同時(shí)也是自身施力大小的測(cè)讀設(shè)備，因此其性能可靠度和指標(biāo)準(zhǔn)確度直接影響預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量，決定著有效預(yù)應(yīng)力的大小和均勻度：施力過(guò)大，會(huì)破壞試件甚至導(dǎo)致設(shè)備損壞；施力過(guò)小，會(huì)使工程質(zhì)量下降，達(dá)不到預(yù)期效果。所以，千斤頂?shù)男?zhǔn)至關(guān)重要，本文對(duì)千斤頂檢定中不確定度來(lái)源及大小進(jìn)行分析并提出改善方法。

1 液壓千斤頂不確定度來(lái)源分析

液壓千斤頂主要由千斤頂、油泵及相應(yīng)的油路和配套壓力表組成，其測(cè)量結(jié)果不確定度來(lái)源主要有以下4個(gè)方面：

（1）在規(guī)定的工程環(huán)境條件和標(biāo)準(zhǔn)工作位置狀態(tài)下，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量U，由檢定證書(shū)和重復(fù)性考核結(jié)果可知，U=0.3%（取最大值）；

（2）在規(guī)定的工作環(huán)境條件和標(biāo)準(zhǔn)工作位置狀態(tài)下，液壓千斤頂重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量U重；

（3）示值估讀誤差引入的不確定度分量U估；

（4）數(shù)據(jù)修約引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量U修。

根據(jù)以上分析，建立模型：

式中：P——千斤頂?shù)膲毫κ局担?/p>

F——千斤頂所受壓力值；

S——千斤頂活塞面積；

P重——千斤頂重復(fù)性引入的誤差值；

P估——千斤頂估讀引入的誤差值；

P修——數(shù)據(jù)修約引入的誤差值。

計(jì)算各分量的傳播系數(shù)如下：

標(biāo)準(zhǔn)器引入的不確定度C1為

檢定重復(fù)性引入的不確定度傳播系數(shù)C2為

示值估讀誤差引入的不確定度C3為

數(shù)據(jù)修約引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度C4為

2 液壓千斤頂?shù)臉?biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

以一臺(tái)中鐵X局2500kN千斤頂配1.6級(jí)60MP壓力表為例，來(lái)分析液壓千斤頂不確定度，取最大值2500kN點(diǎn)來(lái)計(jì)算。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)器引入的不確定度u1

標(biāo)準(zhǔn)器引入的不確定度屬B類，選用0.3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀，在規(guī)定的工作環(huán)境條件和標(biāo)準(zhǔn)工作位置狀態(tài)下，由計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核證書(shū)可知，U=0.3%（最大值），分布為正態(tài)分布，查JJF 1059-1999《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》“正態(tài)分布情況下置信概率p與包含因子kp關(guān)系表”，取k=2。根據(jù)原始記錄，千斤頂活塞面積S=0.045 92m2，C1=21.78，在液壓千斤頂壓力指示器示值54MPa處，力值為2466.2kN，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u1為

2.2 液壓千斤頂重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u2

液壓千斤頂重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量包括千斤頂指示器輕敲變動(dòng)量和估讀誤差等引入的不確定度分量?？梢酝ㄟ^(guò)連續(xù)測(cè)量列，采用A類方法評(píng)定，選擇2400kN測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行分析評(píng)定，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 改善前試驗(yàn)結(jié)果

由試驗(yàn)結(jié)果得：極差R=0.8（MPa），采用極差法計(jì)算，u2（P）=s（xi）=R。由n=6，查JJF 1059-1999《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》極差系數(shù)表，C=2.53，代入得

2.3 液壓千斤頂指示器(壓力表)準(zhǔn)確度所引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u3

液壓千斤頂所配用的壓力表量程為60MPa，準(zhǔn)確度為1.6級(jí)，屬均勻分布，查JJF 1059-1999《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》中常用分布于k、u（x）i的關(guān)系表，k=，則：

2.4 數(shù)字估讀誤差引入的不確定度分量u4

數(shù)字估讀誤差引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度屬于均勻分布，1.6級(jí)壓力表最小分度為1MPa，取極限半寬0.5MPa計(jì)算，則：

2.5 不確定度合成

千斤頂各不確定度類別及大小匯總見(jiàn)表2。

表2 千斤頂各不確定度類別及大小

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

相對(duì)擴(kuò)展不確定度Urel取包含因子k=2，則：

根據(jù)JJG 621-2005《液壓千斤頂檢定規(guī)程》第4.4項(xiàng)，結(jié)構(gòu)工程中千斤頂?shù)闹貜?fù)性、內(nèi)插誤差、相對(duì)分辨力應(yīng)在2%以內(nèi)，該千斤頂不確定度已超出允許范圍，力值存在較大誤差，不宜使用。

3 千斤頂不確定度的改善

3.1 改善方法

根據(jù)以上分析計(jì)算可以看出，千斤頂不確定度較大的因素主要有重復(fù)性、壓力表準(zhǔn)確度、估讀誤差。由此可知，可由以下3個(gè)方面提高千斤頂?shù)牟淮_定度：

（1）使用重復(fù)性良好的千斤頂，例如活塞能自由活動(dòng)，空載運(yùn)行時(shí)無(wú)明顯斷續(xù)式位移現(xiàn)象，在保壓時(shí)無(wú)因內(nèi)部密封不嚴(yán)而產(chǎn)生的泄漏情況。

（2）在選擇壓力表時(shí)準(zhǔn)確度等級(jí)盡量選擇0.4級(jí)以上的抗震壓力表，表盤(pán)刻度及其標(biāo)記清晰，指針無(wú)松動(dòng)和彎曲，加力時(shí)指針走動(dòng)均勻，無(wú)停滯和跳動(dòng)現(xiàn)象。

（3）操作人員應(yīng)有一定操作經(jīng)驗(yàn)，操作液壓泵供油均勻、加力平緩，在讀數(shù)時(shí)視線應(yīng)與壓力表盤(pán)垂直。

3.2 改善后千斤頂不確定度分析

還是以上述中鐵X局2500 kN千斤頂為例，本次配0.4級(jí)60MP抗震壓力表檢定，同樣取最大值2 500kN點(diǎn)來(lái)計(jì)算，重復(fù)性如表3所示。

表3 改善后實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

由重復(fù)性引入的不確定度為

由壓力表引入的不確定度為

由讀數(shù)誤差引入的不確定度為

改善后千斤頂各不確定度類別及大小匯總見(jiàn)表4。

表4 改善后千斤頂各不確定度類別及大小

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

相對(duì)擴(kuò)展不確定度Urel取包含因子k=2，則：

4 結(jié)束語(yǔ)

施工中，若采用傳統(tǒng)的控制方法，操作過(guò)程受人為因素干擾較大，油壓表由于沒(méi)有硬性規(guī)定，且多采用1.0級(jí)甚至1.5級(jí)低精度油壓表，讀數(shù)準(zhǔn)確度不高，指標(biāo)數(shù)據(jù)檢測(cè)手段和控制調(diào)節(jié)手段都較為落后，無(wú)法滿足施工中高精度要求。傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力和索力張拉施工工藝缺乏高效可靠的現(xiàn)代化工程測(cè)控手段和驗(yàn)收評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)等軟件體系作為輔助支撐，停留在較為粗放和落后的技術(shù)狀態(tài)。如果相關(guān)參數(shù)、數(shù)據(jù)的檢測(cè)和控制，能通過(guò)先進(jìn)傳感器技術(shù)、數(shù)顯技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)等智能化手段來(lái)實(shí)現(xiàn)，最大限度地排除人為因素和環(huán)境條件的干擾和影響，將有利于施工質(zhì)量的提高。通過(guò)以上分析可以看出，千斤頂校準(zhǔn)中存在的不確定因素很多，本文只是提出了部分改善建議，為實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)人員和工地施工的現(xiàn)場(chǎng)操作人員對(duì)改善儀器性能提供參考，希望大家能發(fā)現(xiàn)更多問(wèn)題，保障工程中預(yù)應(yīng)力施工的安全及質(zhì)量。

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[5]劉學(xué)剛，游穎.液壓千斤頂測(cè)量不確定度的評(píng)定方法[J].湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，24（4）：43-45.

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