王博宇

摘 要：傳統(tǒng)對檢測結(jié)果的誤差評定僅僅注重誤差的質(zhì)量，往往忽視了測試條件會受到很多影響。本文介紹了鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測的誤差及不確定度的概念，對鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測評定進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：鋼筋;抗拉強(qiáng)度;檢測

引言

隨著生產(chǎn)水平的提高，生產(chǎn)技術(shù)日益精密化，誤差評定已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，研究人員開始注意到測試條件對于測試結(jié)果產(chǎn)生的影響，并對測試環(huán)境進(jìn)行一定評定。但是在實(shí)際工作中，我們得出的測量值往往會偏離正態(tài)分布，所以基于正態(tài)分布的參考誤差已經(jīng)不能適用。

一、鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測中的誤差分析

（一）系統(tǒng)誤差

這種類型的誤差具體是指對某一個(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)際測量中卻無法有效消除，也就是說，此類誤差會伴隨著測量過程一直存在。

（二）隨機(jī)誤差

隨機(jī)誤差具體是指在對某一個(gè)相同的物理量進(jìn)行2次或以上的測量過程中，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量次數(shù)來使誤差減小到最低程度。

（三）過失誤差

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

二、不確定度及其與誤差之間的關(guān)系

（一）不確定度

由上文分析可知，對某個(gè)物理量進(jìn)行測量時(shí)，會伴隨產(chǎn)生各種類型的誤差，因測量過程中誤差的存在，使得對被測物理量的值不能準(zhǔn)確確定，不能準(zhǔn)確確定的程度就是不確定度。對于測量結(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，測量的結(jié)果與真實(shí)值越接近，說明測量質(zhì)量較高，結(jié)果具有較高的使用價(jià)值;不確定度大，測量結(jié)果會偏離真實(shí)值，說明測量質(zhì)量低，結(jié)果的使用價(jià)值也會隨之降低。因此，物理量檢測中，需要在所得的結(jié)果中，給出相應(yīng)的不確定度，這樣不僅可以讓測量結(jié)果的使用者對該結(jié)果的可用價(jià)值進(jìn)行評定，而且還能使測量結(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，目前對于測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量儀器對被檢測對象進(jìn)行測量的過程中，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)，其不是任何一種測量儀器上所固有的特性，一般只會用示值誤差來表征儀器的性能，這個(gè)誤差僅與測量結(jié)果的不確定度有關(guān)。

（二）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量值的準(zhǔn)確程度，而不確定度的大小則可以說明被測量值的可信程度;②誤差實(shí)質(zhì)上是測量結(jié)果與參考量值之間的偏離程度，而不確定度所體現(xiàn)的是測量值的分散性;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)信息對測量結(jié)果的評定。

三、鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測中不確定度的評定方法

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鋼筋作為研究對象，對其抗拉強(qiáng)度檢測中不確定度的評定方法進(jìn)行論述。

（一）檢測方法

本次檢測中，選用的檢測設(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中給出的檢測方法對HRB400鋼筋進(jìn)行檢測，具體做法如下：在適宜的檢測環(huán)境中，以20MPa/s的速率對鋼筋施加荷載，然后再用萬能型試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行屈服，屈服過程以40mm/min對鋼筋施加拉力，直至試樣拉伸至斷裂為止，對該試樣進(jìn)行拉伸的過程中使用的最大力所對應(yīng)的強(qiáng)度就是鋼筋的抗拉強(qiáng)度。

（二）檢測中不確定度的來源分析

在鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測中，其不確定度的來源主要有以下幾個(gè)方面：①拉伸力的值及測量橫截面積的測量誤差;②由于試樣在檢測過程中，會受到應(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)測力系統(tǒng)的示值誤差會產(chǎn)生相對標(biāo)準(zhǔn)的不確定度。

（三）不確定度的具體評定過程

（1）建模

在對不確定度進(jìn)行評定前，需要先建立如下數(shù)學(xué)模型：Rm=Fm/（0.25πd2）;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）。

（2）評定過程

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

根據(jù)上文分析，萬能型試驗(yàn)機(jī)的測力系統(tǒng)示值誤差是檢測結(jié)果不確定度的主要來源，所以需要對其進(jìn)行評定，可用unel（F1）來表示試驗(yàn)機(jī)測力系統(tǒng)示值誤差的不確定度，經(jīng)過計(jì)算unel（F1）=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標(biāo)準(zhǔn)不確定度，前者為0.578%，后者為0.44%;對檢測結(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)度的相對擴(kuò)展不確定度unel（Rm）可用下式進(jìn)行計(jì)算：

取包含因子k=2，unel（Rm）=2×0.8766≈1.753，抗拉強(qiáng)度測量不確定度為1.753%×525=9.2MPa。由此可得出HRB400鋼筋的抗拉強(qiáng)度檢測結(jié)果的不確定度為（525±9.2）MPa。

四、結(jié)束語

不確定度在原則上是可以被評定的，但是誤差往往不能計(jì)算。不確定性的評定能夠彌補(bǔ)誤差的影響，對于鋼筋抗拉強(qiáng)度檢測具有重要意義。

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