钢筋抗拉强度检测的不确定度评定 陈钻冰

钢筋抗拉强度检测的不确定度评定陈钻冰

摘要：钢筋抗拉强度检测是建筑工程实体检测的关键环节，其质量的好坏直接影响到钢筋在应用过程中的安全性。为此，本文通过介绍不确定度的概念，重点采用数学模型的方式探讨了不确定度评定在钢筋抗拉强度检测中的应用，并提出一些个人见解，以供实践参考。

关键词：钢筋；抗拉强度；不确定度；数学模型

随着我国城市进程的不断加快，城市建筑规模得到进一步的扩大，各种各类的钢筋混凝土建筑工程数量日益增加，对钢筋混凝土结构的质量也提出了更高的要求。钢筋是建筑工程常用的建筑材料，在城市建筑行业中有着非常广泛的应用。抗拉强度是检测钢筋质量的一个重要指标，近年来备受业界人士的关注。钢筋抗拉强度对建筑工程整体的质量安全有着较大的影响，并且也关系到消费者人身、财产的安全。目前，国内许多省市质量监督部门开展钢筋材料的监督抽查，发现许多钢筋抗拉强度并不符合建筑工程的需要，且检测结果的误差也比较大。因此，如何做好钢筋抗拉强度的检测工作就成为质检部门亟待解决的问题。

1钢筋抗拉强度检测的误差及不确定度的概念

不确定度的定义是指在统计控制状态下对被测量值进行数次随机检测，对被测量物体的得出数值分散性予以科学地表达。我们得出的测量结果往往不是一个定值，而是在分散性这一量值区间出现。这个量值区间根据一个适用概率包含可能得到的所有测量结果，并且对于测量结果存在的区间，测量不确定度和测量值能够相互弥补，对其进行表征。钢筋抗拉强度检测的试验方法依据GB/T 228.1-2010金属材料室温拉伸试验方法和GB1499.2-2007钢筋混凝土用热轧带肋钢筋，检测原理为钢筋试样的圆形横截面受到抗拉强度的牵拉直至断裂，此时用拉伸过程中产生的最大力与横截面积相除。检测的环境条件，一般在10℃～35℃室温下进行，本次试验温度为（23±5）℃。在上述环境条件下，将万能材料试验机调节到相应速度，然后对钢筋产生相应的拉力，直至钢筋断裂，根据钢筋断裂时所受的拉力便能够计算出试样的抗拉强度。

2钢筋抗拉强度检测的误差和不确定度的数学模型

在钢筋抗拉强度检测的误差及不确定度评定的过程中，所有最终测量值都应该是测量结果的最佳估计值。并且对于各种影响量所产生的不确定分量不仅不能缺少，而且不能出现重合。也就是说，在整理得出的测量值时，应该事先筛除异常值，以保证在所有的测量结果中都不会出现明显的异常数据。建立数学模型可以使问题简化，能使评定更加科学、准确。在实际测量的过程中，输出量Y并不能通过直接测量获得，而要由N个输入量X1，X2，…，XN 通过函数关系∫来获得：

Y=∫（X1，X2，…，XN）（1）

如式（1）所示，就是钢筋抗拉强度检测的测量模型，这种数学函数也被称为数学模型。计算不确定度的评定一般就是由测量时的数学模型和不确定度定义进行评定的。但是因为数学模型还存在不完备的地方，所以相关数值要完全显示出实际情况的改变，以使不确定度的评定能够根据尽量多的观测数据来得出。并且在有些测量试验中，经验模型的采用应当选择经过长时间检验的数学模型，因为检测标准和相关值范围可以表明测量过程是不是处在统计控制的范围内，这样可以帮助建立数学模型和测量不确定度的评定。

但是数学模型并不只有一个，在采用不同的测量方式或不同的测量步骤的情况下，可能会出现不同的数学模型。如果输出量Y的输入量X1，X2，…，XN可以被作为被检测值进行计算，那么也可以取决于其他量，比如具有系统效应的修正量等，以导出一个十分复杂的函数关系式，导致函数∫不能明确地表示出来。

3不确定度评价在钢筋抗拉强度检测中的应用

1）钢筋抗拉强度检测的测量模型：

σ= F/（0.25πd2）（2）

其中，σ为抗拉强度（MPa）；F为拉伸的最大破坏力（N）；d为钢筋公称直径（mm） 2）钢筋抗拉强度的标准不确定度评定。

钢筋抗拉强度不确定度分量主要有以下几个因素：钢筋内径不确定度分量μd；检测结果

重复出现的不确定分量μσ1；拉力不确定分量μF；数据修约的不确定度分量为μσ2。因为试

验机已经安装自动采集装置，所以实验记得拉伸速率达到规范要求。这样，根据式（2）可

以得出钢筋抗拉强度输入量检测结果的不确定度是：

（μσ/σ）2=（2μd/d）2+（μF/F）2+（μσ1/σ）2+（μσ2/σ）2 （3）

a.计算钢筋内径的标准不确定度分量μd。根据钢筋混凝土GB1499.2-2007对钢筋内径测

量误差的规定，

20mm热轧带肋钢筋内径测量的允许误差在±0.1mm。B类不确定度评定是对观测列进

行非统计方法处理，对不确定度进行估算的方法。按照B类评定钢筋直径的误差结果属于均

匀分布，k= ，由此可以计算出钢筋直径的标准不确定度是：

μd=0.5/ mm=0.288mm。

钢筋内径的相对不确定度是：

μr，d=μd/d=0.288mm/20mm=1.14%。

b.检测数值重复性的标准不确定度μσ1。

在同一钢筋上均匀地截取3根钢筋试样，抗拉强度检测结果如下：570MPa，565MPa，560MPa。

A类不确定度评定是一种对所测数值运用统计分析，以对不确定度进行估算的方法，采

用A类评定得出被测钢筋的抗拉强度平均值为 =565MPa。

S（σk）=5MPa。

计算3次检测数值的标准不确定度是：μσ1=S（σk）/ =5/ =2.88。

计算3次测量结果的相对不确定度是：μr，σ1=2.88/564=0.51%。

c.计算拉力的标准不确定度分量μF。

测量拉力F的不确定度由三个方面组成，万能材料试验机测力系统示值误差带来的相对

不确定度μrel（F1），标准测力仪的相对标准不确定度μrel（F2），计算器数值收录模块得

出的相对标准不确定度μrel（F3）。

万能材料试验机读数时产生的误差的相对不确定度μrel（F1），0.1级的万能材料试验机

示值误差是±0.1%，根据均匀分布k= ，则：

μrel（F1）=1.0%/ =0.577%。

测力仪的相对标准不确定度μrel（F2）。

使用0.3级的标准测力仪对万能材料试验机进行检测。重复性R=0.3%，即重复性极限。

那么测力仪的相对不确定度：

μrel（F2）=0.3%。

计算机数值收录模块产生的标准不确定度μrel（F3）。

计算器数值收录模块所产生的B类标准不确定度为0.2%，则：μrel（F3）=0.2%。则产生

的最强拉力的标准不确定度μrel（Fm）为：

（μrel（Fm））2=（μrel（F1））2+（μrel（F2））2+（μrel（F3））2。

即μrel（Fm）=0.68%。

数据修约的不确定度分量为μσ2。

根据钢筋抗拉强度修约的规定，钢筋抗拉强度修约间隔δ为5MPa，根据JJF1059-2002规定，由修约产生的测量不确定度是：μσ2=0.29×5MPa=1.45MPa。数据修约的相对不确定度为：μr，σ2=1.45/565=0.26%。

3）测定不确定度分量。不确定度分量一览表见表1。

表1不确定分量一览表

4）σ的相对合成标准不确定度：

5）扩展不确定度。包含因子k=2，所对应的相对扩展不确定度是：

μr，σ=2×0.024=4.8%。

6）不确定度报告。即得出φ20热轧带肋钢筋抗拉强度检测结果相对不确定度是

μr，σ=4.7%，k=2。

4结语