王洪波，彭月恒，歐定福，張占宇

（1.天津五市政公路工程有限公司，天津 300000；2.江蘇森淼工程質(zhì)量檢測有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212006）

引言

構(gòu)件內(nèi)鋼筋檢測屬于隱蔽工程的檢測，其準(zhǔn)確程度直接影響到對工程質(zhì)量的判斷，而目前市場上的鋼筋位置檢測儀在進(jìn)行鋼筋數(shù)量檢測、間距檢測和鋼筋保護(hù)層厚度檢測時(shí)，時(shí)常出現(xiàn)檢測偏差較大甚至不準(zhǔn)確的現(xiàn)象。為了檢驗(yàn)儀器的使用性能，溧寧高速公路使用了測量系統(tǒng)分析技術(shù)對全線鋼筋位置檢測儀器進(jìn)行了系統(tǒng)分析。

溧寧高速公路是江蘇省重點(diǎn)高速公路項(xiàng)目，全線長18 km，其中橋梁結(jié)構(gòu)物占比在50%以上，結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量控制也成為檢測中的重要控制內(nèi)容，特別是構(gòu)件保護(hù)層厚度的檢測尤為重要。因?yàn)殇摻畋Ｗo(hù)層厚度的大小不僅體現(xiàn)在承載能力和耐久性方面[1]，還會(huì)使鋼筋與混凝土層的握裹力降低[2]，從而影響構(gòu)件的使用。溧寧高速公路使用的鋼筋位置檢測儀器均為國產(chǎn)儀器，利用電磁感應(yīng)原理，通過儀器探頭經(jīng)過鋼筋等金屬時(shí)，磁力線發(fā)生改變來判斷鋼筋的位置信息。

測量系統(tǒng)分析（Measurement Systems Analysis，簡稱MSA）是目前六西格瑪管理中常用的一種質(zhì)量改進(jìn)工具，通過對檢測結(jié)果波動(dòng)度原因進(jìn)行分析，得出產(chǎn)生測量結(jié)果變異的主要原因，并分析儀器是否滿足檢測工作要求。通常情況下，測量數(shù)據(jù)的波動(dòng)可以表示為σ總2=σp2+σMS2，其中，σp2—構(gòu)件本身性能的波動(dòng)，σMS2—測量系統(tǒng)的波動(dòng)。MSA技術(shù)是研究測量系統(tǒng)的波動(dòng)，儀器測量系統(tǒng)波動(dòng)需要從儀器的分辨率、線性偏倚、重復(fù)性和再現(xiàn)性等方面進(jìn)行評估[3]。

1 鋼筋位置檢測儀的線性偏倚

1.1 線性偏倚的分析方法

鋼筋位置檢測儀器的偏倚是指測量結(jié)果的平均值和參考值的差別。為使參考值更加準(zhǔn)確，在測量系統(tǒng)分析中，使用游標(biāo)卡尺確定參考值。鋼筋位置檢測儀器的線性則是指當(dāng)儀器存在偏倚時(shí)，可以通過偏倚的數(shù)值變化情況進(jìn)行線性回歸。

鋼筋位置檢測儀器的量程由兩個(gè)量程階段組成，第一量程為0～40 mm，第二量程為40～80 mm，在兩個(gè)量程之間選擇線性偏倚。項(xiàng)目組隨機(jī)選擇10個(gè)構(gòu)件檢測其鋼筋位置（即保護(hù)層厚度），并安排同一名技術(shù)人員對每個(gè)構(gòu)件的同一個(gè)確定的點(diǎn)位連續(xù)檢測12次，隨即將該點(diǎn)鑿開，用游標(biāo)卡尺測量其確切數(shù)值，作為參考值。對數(shù)據(jù)進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)[4]，得出測量數(shù)據(jù)的均值以及標(biāo)準(zhǔn)差：

假設(shè)檢驗(yàn)計(jì)算中p值根據(jù)t分布情況計(jì)算得到，并對偏倚情況進(jìn)行t檢驗(yàn)。提出原假設(shè)H0：無偏倚（即偏倚為0）；備擇假設(shè)H1：有偏倚（即不為0）。當(dāng)顯著性水平α=0.05的前提下，若p＜0.05，則有偏倚；若p值不小于0.05，則偏倚不存在。如果偏倚存在，且在可接受范圍內(nèi)，則可以進(jìn)行線性分析。

原假設(shè)H0：斜率為0；備選假設(shè)H1：斜率存在。當(dāng)顯著性水平α=0.05的前提下，若p＜0.05，則斜率不為0。對于b：

原假設(shè)H0：截距不為0；備選假設(shè)H1：截距存在。當(dāng)顯著性水平α=0.05的前提下，若p＜0.05，則認(rèn)為截距存在。

1.2 線性偏倚的檢驗(yàn)

根據(jù)原定方案，檢測10個(gè)構(gòu)件的數(shù)據(jù)見表1。

表1 鋼保檢測記錄（線性偏倚）

對兩個(gè)量程中所測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，采用的軟件為Minitab，輸出見圖1、圖2，其中圖1為0～40 mm量程，圖2為0～80 mm量程。

圖1 0～40 mm量程線性偏倚

圖2 40～80 mm量程線性偏倚

可以看出：（1）鋼筋位置測定儀在兩個(gè)量程內(nèi)p值均不大于0.05，表明該鋼筋位置測定儀存在偏倚的現(xiàn)象。（2）截距和斜率的p值不大于0.05，說明偏倚呈線性，且相關(guān)度分別為71.7%及73.5%，呈現(xiàn)中強(qiáng)相關(guān)，可以認(rèn)為合理。

2 分辨率、重復(fù)性及再現(xiàn)性

2.1 分析方案

確定15個(gè)墩柱為檢測構(gòu)件，每個(gè)墩柱在一個(gè)確定位置進(jìn)行檢測，安排3名技術(shù)人員用不同的儀器進(jìn)行檢測，共量3次，已知圖紙?jiān)O(shè)計(jì)保護(hù)層為凈25 mm，允許偏差區(qū)間為22～33 mm。

儀器分辨率用ndc表示，其數(shù)值為1.41×σp/σMS取整。如果ndc≥5，則該鋼筋位置測定儀的分辨力強(qiáng)[5]；若2≤ndc≤4，則該鋼筋位置測定儀性能良好；若ndc=1，說明該儀器只能粗略評價(jià)檢查的構(gòu)件鋼筋位置是否合格。測量系統(tǒng)分析的另兩項(xiàng)重要的指標(biāo)是重復(fù)性及再現(xiàn)性，將σRPT2、σRPD2表示重復(fù)性均方差及再現(xiàn)性的均方差，則規(guī)定精度就可用σMS=σRPT2+σRPD2表示。

令 %GageR&R=6σMS/6σTotal=σMS/σTotal，%P/T=6σMS/（USL-LSL），得到 %GageR&R及%P/T兩個(gè)重要參數(shù)。根據(jù)公路工程精細(xì)化施工的水平及目前儀器生產(chǎn)水平，對兩項(xiàng)指標(biāo)的要求并不高，當(dāng)兩項(xiàng)指標(biāo)小于30%時(shí)，就可接受本儀器[6]。同時(shí)，根據(jù)方差的大小也可以來評定儀器是否可以接受，如果方差的貢獻(xiàn)率小于9%，則認(rèn)為鋼筋位置測定儀為合格[7]。

2.2 試驗(yàn)驗(yàn)證

依照分辨率、重復(fù)性與再現(xiàn)性檢測，隨機(jī)檢測的數(shù)據(jù)見表2。

表2 ndc、%GageR&R和%P/T檢驗(yàn)數(shù)據(jù)

在Minitab中輸入數(shù)據(jù)，用量具研究選項(xiàng)輸出表3～表5以及圖3。

表3 均方差呈現(xiàn)

表4 標(biāo)準(zhǔn)變差的概率

表5 GRR的變差呈現(xiàn)

可以看出：（1）墩柱和技術(shù)員交互作用的方差p＜0.25，說明有明顯的交互作用，不必對結(jié)果進(jìn)行調(diào)整[8]。（2）從表4看出，鋼筋位置測定儀方差分量貢獻(xiàn)率恰好為9%，而各墩柱中方差貢獻(xiàn)率約為91%，表示墩柱是變異源，儀器的變異有限。（3）從表5看出，ndc=4；儀器重復(fù)性指標(biāo)為30%，再現(xiàn)性指標(biāo)為20%，表明操作人員的操作偏差大于儀器的偏差，因此，如果要減少鋼筋位置檢測偏差，就須減少人為操作因素。（4）在圖3中，墩柱之間的變異較大，是所需要的結(jié)果，但組內(nèi)極差小，表示鋼筋位置測定儀的分辨率需進(jìn)一步提高[9]。

圖3 R＆R方差分析

3 鋼筋位置測定儀的性能改善

3.1 分辨率的情況

基于數(shù)據(jù)分析，無論是儀器分辨率還是重復(fù)性、再現(xiàn)性以及方差貢獻(xiàn)率，都在合格線的邊緣，表明該儀器可用，但是性能較差，而這種電子設(shè)備在出廠后無法進(jìn)行廠外校準(zhǔn)，因此對于此儀器的分辨率無法達(dá)到理想狀態(tài)，只能接受它。

3.2 線性回歸

通過線性回歸規(guī)避偏倚所帶來的偏差。在儀器使用時(shí)，對所用的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性調(diào)整，當(dāng)儀器量程在0～40 mm時(shí)，采用y（偏倚）=-0.847 1+0.058 801x（實(shí)測值）進(jìn)行回歸修正；當(dāng)儀器量程在40～80 mm時(shí)，采用y=5.597 0-0.132 2x（實(shí)測值）進(jìn)行回歸修正。

3.3 操作規(guī)范性改善

對操作人員進(jìn)行培訓(xùn)，主要應(yīng)該注意：（1）鋼筋間距的確認(rèn)。當(dāng)鋼筋的間距＜100 mm時(shí)，可能會(huì)對結(jié)果有影響，這時(shí)應(yīng)該測量最外層鋼筋保護(hù)層厚度。（2）檢測過程中自校準(zhǔn)。在檢測過程中應(yīng)該經(jīng)常性地將探頭對空中按確認(rèn)按鈕以完成自校。（3）探頭移動(dòng)速度控制。探頭移動(dòng)時(shí)，速度必須緩慢，否則檢測數(shù)據(jù)會(huì)存在較大偏差。

4 結(jié)語

鋼筋位置測定儀是工程中必備的精密儀器，需要很好的日常保養(yǎng)，在儀器使用前，除了必須進(jìn)行儀器校準(zhǔn)外，還需要進(jìn)行測量系統(tǒng)分析。（1）通過對儀器測量系統(tǒng)分析，分析了儀器的優(yōu)劣，認(rèn)為目前該型號的儀器存在的線性偏倚，分辨率、重復(fù)性和再現(xiàn)性可以接受，儀器可以作為工程檢測。（2）根據(jù)分析結(jié)果，調(diào)整了檢測方法，鋼筋位置檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性得以提升。