钢筋抗拉强度检测中的误差及不确定度分析

陈涛

摘要：通过对钢筋抗拉强度检测结果的不确定性进行分析，能够判断检测结果的利用价值，保证钢筋使用的合理性。本文对钢筋抗拉强度检测中的误差和不确定度进行分析，论述了其误差和不确定度的关系，通过实例分析如何计算检测结果的不确定性。

关键词：钢筋;抗拉强度检验;误差;不确定度分析

在钢筋抗拉强度检测结果分析中，如果只是使用误差对检测结果进行判断，就会忽视许多影响检测结果的因素，这样的评判是不可靠的。随着对精度的要求越来越高，当前要对检测结果的不確定度进行标注，从而合理地使用最后的检测结果。

一、钢筋抗拉强度的误差种类

目前，钢筋在当前建筑物建设中有十分重要的地位，由于使用量较多，必须要对其抗拉强度进行检测，才能正确地使用各种强度的钢筋[1]。当前钢筋经常被使用在钢筋混凝土结构的钢筋笼绑扎中，其抗拉强度将会决定整个建筑物的质量。影响抗拉强度结果的因素有很多，这些会导致结果出现误差，造成结果不准确。

（一）系统误差

系统误差是对某一个物理量相同精度的反复检测后，发现误差大小始终不变，或者误差的变化有着明显的规律，这就证明这些误差是由于一些特性造成的。然而在实际检测当中，这样的误差无法消除，并且会伴随着整个检测工作始终存在。

（二）随机误差

在对某一项指标或者某一个物理量进行了两次检测后，所得到的结果误差大小不一致，呈离散性分布。随机误差和系统误差存在的区别在于误差的变化没有规律，具有很强的随机性。这种误差是可以解决的，可以通过增加检测的次数将误差对精确性的影响减到最低。

（三）过失误差

过失误差的出现在于检测人员和检测仪器;例如检测的人员没有合理的使用检测方法，导致了检测结果的不准确，或者在检测过程中选择了错误的仪器，或者由于仪器自身存在一定的问题，最后导致检测条件不符合，从而出现了误差。这种误差在实际工作当中也非常常见，但也可通过一些措施进行有效地消除。

二、不确定度和误差之间的关系

（一）不确定度的意义

在对某一个物理量进行检测时，受外界原因和内部原因的影响，会不可避免地存在各种误差，导致不能准确得到定某一个物理量的数值。而不确定度，就是这些物理量的不确定程度。如果检测结果的质量很高，检测结果的不确定度非常小;但是如果检测结果的质量很低，检测结果就会有很高的不确定度，这样的结果通常会和真实值有很大的出入[2]。相比之下，不确定度高的结果缺少足够的应用价值，不确定度低的结果的利用价值比较高。在实际的工作中，在给出一个物理量检测结果的同时，也需要给出这个检测结果的不确定度，从而判断检测结果的可利用性，同时也让检测结果之间具有更强的可比性。

虽然很多误差都来自于仪器，当前并没有对不确定度的评价，在实际工作中也不会给出不确定度的大小。但由于仪器会提供一些标准值，可以评价这些标准值的不确定度。同时，不确定度并不是一个仪器或者一根钢筋的固有特性，只是工程当中的一个参数。仪器由于自身性能的原因，示值也存在一些误差，这个误差也和检测结果的不确定度有很大的关系。

（二）不确定度

不确定度和误差的含义完全不同，但是二者的关系依然十分密切。误差的大小决定了检测结果的准确性，而不确定度的大小则能说明一个数据的可信程度;误差表现的是检测结果和参考量之间的偏离大小，而不确定性则能够体现出检测结果的分离程度。误差是一个数值，所以有正负两种数值，其正负和大小都决定于检测结果和参考值之间的差值;不确定度是一个参数，是非负值，并且和真值无关;在用真值作为参考量时，误差就成为了一个未知数;目前，不确定度是通过各种信息最后计算出来的结果。

三、钢筋抗拉强度检测中不确定度的应用

（一）检测方法

本次以某住宅工程中常用的HRB400钢筋为例，检测它的抗拉强度，并分析检测结果的不确定度。实验使用是万能型材料试验机，机器的示值误差为0.5%，并以GB/T228.1-2010中的检测方法来检测钢筋的抗拉强度。

首先将钢筋置于合适的检测环境中，以20MPa/s的速度开始给钢筋增加荷载，同时使用万能型试验机进行屈服，以40mm/min的速度给钢筋施加拉力，直到钢筋断裂，在断裂前施加给钢筋的最大拉力作为钢筋的抗拉强度。

（二）实验当中不确定度来源

在进行抗拉强度的检测时，不确定性的来源有很多，主要几个因素，钢筋内径的不确定度分量μd;检测结果导致的不确定度分量μσ1;拉力的不确定分量μF，数据修约的不确定度μσ2。在进行检测时，由于受到应力速率控制参数的影响，试验机的拉伸性能可能有一定的变化，导致误差会有所增加，而且且这种情况所导致的不确定度也是造成不确定度增加的重要来源。由于本次实验在适合的测试条件中，因此这个误差可以忽略;万能型试验机的测力系统示值可能存在误差，从而导致了不确定度的增加。

（三） 不确定度的评定

钢筋抗拉不确定度的检测模型为：σ=（f，F，d，δ）=4F/πd2，其中σ为抗拉强度，单位为MPa;F为拉伸的最大破坏力，单位是N;d为钢筋的直径，单位为mm;δ为重复检测因子;s为钢筋的原始横截面积。

（1）钢筋内径的不确定度分量μd的计算

由于钢筋内径的检测误差在0.5mm，不确定度的确定通过观测列进行非统计方法来确定，最后得到估算的结果。根据B类评定结果，钢筋的直径误差是结果均匀分布的，k = √3，因此可以确定钢筋直径的不确定度为：μd = 0.5/√3mm = 0.288mm

钢筋内径相对不确定性的计算方法为：μrd =μd/d = 0.288 / 20 = 1.14%。

（2）加测数值重复性的不确定度计算

通过在同一根钢筋上均匀选取3根钢筋试样，获得的抗拉强度检测结果为：570MPa、565MPa、560MPa，在进行不确定度的评定时，使用统计学方法，经过计算，抗拉强度的平均值为565MPa。

（3）计算拉力标准的不确定度

检测拉力F的不确定度的主要原因，首先是万能材料测试试验机示值系统可能会存在误差，造成了不确定度μrel（F1），标准测力仪的相对不确定度μrel（F2）。还有是计算器数值收录模块的相对不确定度μrel（F3）。在确定万能材料试验机示值误差的不确定度时，由于所使用的实验机器的示值误差是0.5%，均匀分布k = 根号3，所以μrel（F1） = 0.5%/ = 0.289%。

测力仪器的相对标准不确定度μrel（F2）的确定为，使用0.3级的标准测力仪器对万能材料试验机进行检测，重复性R为0.3%，所以测力仪器的不确定度为：μrel（F2） = 0.3%。

判断计算机数值收录模块产生的B累标准不确定度为0.2，因此：μrel（F3） = 0.2%。最后获得最强拉力标准的不确定度为，μrel（Fm）=0.46%。按照钢筋抗拉强度修约的规定，抗拉强度修约的间隔压力大约在5MPa，因此检测不确定度μσ2为μσ2=0.29 * 5 = 1.45MPa，相对不确定度为μrσ2=1.45/565 = 0.26%。σ相对合成标准不确定度为0.024，包含因子k = 2，对应的不确定度为μrσ  = 2 * 0.024 = 4.8%，所以检测结果的不确定度为4.8%，k = 2。

四、结语：

钢筋作为建筑工程施工中大量使用的材料，必须要对它的各项性能指标进行检测，因此必须要检测钢筋的各项新能指标。抗拉强度是钢筋各项性能指标的重点，实际检测过程中会存在一定的误差，但通过标注检测结果的不确定度，可以对检测结果的可用性进行判断，保证施工中合理的使用钢筋。

参考文献：

[1] 李晓东，李晓玲.测量不确定度的相关概念及评定方法的探讨[J].理化检验（物理分册）. 2002（11）.

[2]杜红涛. 谈钢筋抗拉强度检测的误差及不确定度[J]. 山西建筑，2014，40（14）.