钢筋抗拉强度检测中的误差及不确定度探究

钢筋抗拉强度检测中的误差及不确定度探究

蒲泽彬，薛凯翔，李翔，毛海勇

四川省建筑科学研究院有限公司，四川成都 610081

【摘要】针对钢筋抗拉强度检测结果不确定性进行全面分析后能否实现检测结果利用价值的有效判断，进而充分保障钢筋性能指标达到施工实践需求。本文主要针对钢筋抗拉强度检测中出现的误差以及不确定性开展分析，对检测中存在的误差以及不确定度关系进行了探讨，同时选择了实际案例对检测结果不确定性的计算分析方式进行了探讨。

【关键词】钢筋；抗拉强度；误差；不确定性

引言

不确定度是美国标准局在上世纪60年代提出的一个概念，此后受到了社会的广泛关注。国际计量局在上世纪80年代针对检测结果发出来了利用不确定度进行评定的建议书，要求检测结果出具时要给出标准的不确定度，自此开始不确定度的概念在各国的检测工作中逐步普及。本文基于此对钢筋抗拉强度检测中存在的误差及不确定度进行研究。

1 钢筋抗拉强度检测中的误差

在建筑工程中钢筋的使用非常广泛，其主要是在建筑施工的钢混结构以及钢筋笼绑扎中实现应用，对于钢筋来说抗拉强度是一项非常重要的性能指标，钢筋在投入使用前都必须要实施抗拉强度检测。但是在实际检测过程中由于会受到各种因素的影响，导致检测结果不可避免会产生一定误差，钢筋抗拉强度检测过程中主要存在以下一些误差^[1]。

1. 1. 系统误差

系统误差主要指的是针对某一个物理量在精度相同情况下实施两次以上测量的过程中产生的误差保持恒定，或者是在测量过程其变化遵循特定的规律，从某种程度上将系统误差具备了不确定性，但是这种误差在实际测量中无法实现有效消除，也就表示该类误差会一直存在于测量过程中。

1. 2. 随机误差

该类误差主要指的是针对某一个物理量实施2次以上测量时实际产生的误差存在一定差异，且误差变化无规律可循，体现出了较强的随机性，针对该类误差通常情况下需要利用多次测量的方式来实现有效控制。

1. 3. 过失误差

过失误差的理解相对较为容易，其主要是指的是针对某一物理量进行测量的过程中，因测量人员采取测量方法不合理，操作失误或者仪器本身精度，或在环境因素的影响下所引起的误差，在测量过程中该类误差也比较常见，但是可以利用多种措施来进行合理消除。

2 不确定度与误差间关系分析

2.1 不确定度

根据上文分析可以发现，针对某一个物理量进行测量的过程中会产生各种类型误差，由于测量过程存在误差，因此物理量的测量也经常会存在不精确的问题，这种不精确的程度就是不确定度。对于物理量的测量来说，不确定度是对其测量结果质量的一种直观体现，也即不确定度越小，表示测量结果更加接近于真实结果，这也充分说明最终的测量结果具备更高的质量。如果不确定度比较大，就表示测量结果真是数值存在更大的误差，也表示本次针对物理量的测量质量比较低，那么测量结果的使用价值也会相应下降^[2]。鉴于此，在针对物理量进行测量的过程中，针对测量结果需要给出相应的不确定度，这样才能详细判定出检测结果的使用价值，而且也能直观反映出测量结果之前的可比性。但是目前针对测量仪器的不确定度并未形成统一定义。详细来看，不确定度本身属于一个参数，但是这种参数并不属于某种测量仪器本身的固有特性，通常情况下针对仪器的性能是利用示值误差来进行表征，这一误差仅仅与测量结果的不确定度存在直接关联^[3]。

2.2 不确定度与误差的关系

误差与不确定度虽然属于两种完全不同的概念，但是，对于测量来说，误差和不确定度之间存在非常紧密的联系。其主要有以下几个方面的体现：

1）被检测数值产生了误差大小可以反映出该物理量测量值的准确度，而针对被测量物理量的测量值不确定度则表明的是最终测量结果的可信程度；

2）从本质上讲，误差是针对测量结构和参考数值之间偏离程度的反映，不确定度则是针对测量值分散性的一种体现；

3）作为一种量值，误差存在正误差和负误差等两种，误差的正负取决于测量结果与参考值之间的差值。不确定度本身属于一种参数，其通常情况下是利用标准差进行表示，而且为非负数的参数，与真实测量值并无直接关联；

4）如果针对被测量物理量利用真值作为参考量值，那么误差本身属于一种未知数，不确定度则主要是针对测量结果综合相关信息后实施评定。

3. 钢筋抗拉强度检测不确定度的应用

   1. 检测方法

本文主要选择了某建筑工程施工中所使用的 HRB400E钢筋作为研究对象，对其抗拉强度进行检测，同时针对检测结果不确定度进行分析。本次针对钢筋的抗拉强度检测主要使用的是万能试验机，该检测设备示值误差为0.5%，钢筋抗拉强度的检测过程中严格遵照GB/T228.1-2010《金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法》以及GB/T1499.2-2018《钢筋混凝土用钢 第2部分：热轧带肋钢筋》标准中的相关检测方法进行。

首先选择合适检测环境，将钢筋放入检测仪器后利用20MPa/s的速度施加载荷，同时利用万能试验机在钢筋上按照40mm/min的加载速度施加拉力，直到钢筋断裂为止，采集钢筋断裂前施加的最大拉力，通过公式计算出钢筋抗拉强度。

3. 2. 检测中不确定度来源分析

针对钢筋进行抗拉强度检测过程中存在很多不确定度来源，其中主要有钢筋内径的不确定度分量_d ；检测结果导致的不确定度分量_σ1 ；拉力的不确定分量_F ，数据修约的不确定度_σ2 。测量过程中应力速率控制参数会对测量过程产生影响，从而导致试验机在检测过程中发生检测数据变化，使其误差增加，这也是整个检测过程中主要导致不确定度增加的来源。本次试验过程完全符合所有试验条件，因此可以将该误差进行忽略处理；另外万能试验机本身存在示值误差，由此也会导致不确定度增加。

3. 3. 不确定度评定

在进行之前首先结合钢筋抗拉强度检测构建起数学模型^[4]：

模型中， 表示的是钢筋抗拉强度，以MPa为基础单位；F主要表示的是拉伸中的最大破坏力，N为其基本单位；d表示的是钢筋直径，mm为其基本单位。

1. 钢筋内径不确定度分量_d 。

钢筋内径通常情况下会存在±0.5mm的检测误差（以内径为20mm的热轧带肋钢筋为例），利用非统计方法可以进一步确定不确定度，在此基础上就能估算出最终结果。按照B类评定结果可知，对于钢筋来说，其内径误差的检测结果属于均匀分布，因此满足 ，则钢筋内径不确定度分量_d=0.5/ =0.29。其相对标准不确定度为 rd_d =0.29/20=1.45%。

（2）拉力标准不确定度

万能试验机本身存在示值误差，示值误差为0.5%，由此就会产生试验机相对不确定度 和标准测力仪相对不确定度 ，由检定证书提供U=0.6%,K=2，由此可以得出 。选用量程为600kN,分辨率为1kN，按照此带来的标准不确定度，通过测试20根钢筋所得数学期望值相对应的拉力为208.5kN,按均匀分布状态，则满足 。按照B类评定结果可知， ，其相对不确定度 。

3. 结束语

在当前的建筑工程施工过程中钢筋是最为常用的一种材料，钢筋质量直接关系着建筑工程整体的建设质量，因此在投产前必须要对其各项性能指标实施严格检测。对于建筑工程中所应用到的钢筋来说抗拉强度是其非常重要的一项关键指标，但检测过程中经常会存在误差，针对该误差进行不确定度标注之后，就能够实现其可用性的精确判断。

参考文献

[1]吴树香,王子元.热轧带肋钢筋抗拉强度检测结果的影响因素及不确定度评定分析[J].海河水利,2020(05):54-57.

[2]吕刚.热轧带肋钢筋抗拉强度测量结果不确定度的评定[J].物理测试,2008(02):48-49.

[3]金恩平.钢筋机械连接工艺性能检测验收中的几个问题[J].建筑技术,2007(09):705-707.

[4]苏俊光,卢玉华.钢筋抗拉强度检测结果的不确定度评定[J].内蒙古质量技术监督, 2003(06):33-34.