锚具静载荷试验效率系数与极限拉力时总应变测量不确定度的评定

《计量与测试技术》∞１２年第３９拳第４期　锚具静载荷试验效率系数与极限拉力时　总应变测量不确定度的评定　Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ　ｉｎ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｆ　ｏＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　Ｃｏｅｆｉｃｉｆｅｎｔ　ｏｆ　Ｄｅａｄ　Ａｎｃｈｏｒ　ａｎｄ　Ｕｌｔｉｍａｔｅ　Ｔｅｎｓｉｌｅ　Ｚ　Ｚ　Ｓｔｒａｉｎ　芦菊香　（广东省中山市质量计量监督检测所，广东中山５２８４００）　摘要：锚具是用在后张法结构或构件中，用于保持预应力筋的拉力并将其传导到混凝土（或钢结构）上所用的永久性锚固装置，在桥梁建设中应用很　广。本文介绍静载试验中锚具效率系数与极限拉力时总应变的测量不确定度分析。　关键词：效率系数；总应变；不确定度分析　１概述　根，　＝Ｏ．９８；２０根以上，＇７Ｐ＝Ｏ．９７。　１．１依据：ＪＪＦ１０５９—１９９９《测量不确定度评定与表示》。　１．２对象：ＶＬＭ１５—７的锚具样品中三组组装件。　１．３采用标准器具：５０００ｋＮ锚具试验装置与（Ｏ　３００）　ｍｍ的数显卡尺。　根据此数学模型，锚具效率系数测量不确定度ｕ　（　）主要来源于实测极限拉力分量　（　）与计算极限　拉力分量　（　），不确定度的传播灵敏度系数为：　一“一　鱼ａ吼　一一　一！　‘　１．４检测方法依据：ＧＢ／Ｔ１４３７０—２０ｏ７《预应力筋用锚具　夹具和连接器》。　１．５检测方法：按要求装好预应力钢材与锚具，打开试　。　—ｃｐｍ　ａ—Ｆ—￣，ｕ　Ｆ—２ｍ￣ｒ］ａ　验机，当力值达到计算标准值的１０％左右时，调整预应　力钢材，使其受力尽量均匀，同时活塞伸长量清零并记下　此时数据△Ｚ。这时两端选取相对应的若干根具有代表　性的预应力钢材（对大于三孑Ｌ的锚具，我们一般选取三根　预应力钢材，小于三孔的则全选），按施加力的前四级，逐　级测量其与锚具之间的相对位移△　。△口与预应力钢材　受力增量应成比例，如果不成比列，则应仔细检查原因。　当预应力钢材达到０．８　时，持荷一个小时，在这期间，　Ａａ应保持稳定，选取这时的　做为最后测量结果。持　荷结束后，再用低于１００兆帕／分的速度继续加荷至其指　标合格或者完全破坏。记下此时的实测极限拉力与活塞　伸长量。　２数学模型　２．２极限拉力总应变测得值的数学表达式及不确定度　来源分析　由于在试验结束可能会产生不可预测的破坏性，具　有一定危险性，我们用活塞伸长量来计算ｅ　，但要考虑　缝隙并紧量，试验机弹性压缩量与试验锚具的实测内缩　量。由此我们可以得到极限拉力时总应变Ｅａｐｕ测得值的　数学表达式：　ＡＬ—－Ａ　ａ——－ＡＬｌ一ｅ　＝—ｅ印“＝———　—一×・×１０—０一％　ｕ／。　式中：△　一活塞伸长量，ｍｍ；△ｏ—锚具实测内缩量，　ｍｍ；Ｌｏ为原始标距ｚｏ与活塞清零前的伸长量△ｚ之和，　ｍｍ；ＡＬ，一试验机缝隙并进量与弹性压缩量之和，单位　ｍｍ（本试验机在满负荷时，此项数据小于４ｍｍ）。　根据此数学模型，极限拉力时总应变　（ｅ。　）主要来　２．１锚具系数测量值得数学表达式及不确定度来源分析　依据ＧＢ／Ｔ１４３７０—２０ｏ７《预应力筋用锚具夹具和连　接器》检验方法，可以给出锚具系数测量值得数学表达　源于活塞伸长量不确定度分量　（△￡），锚具实测内缩量　不确定分量ｕ（Ａａ），初始标距不确定度分量　（Ｌ０）以及　试验机缝隙并进量与弹性压缩量之和不确定分量ｕ　（　。）。则不确定度灵敏系数为：　Ｃ　：　１×１００％　厶０　式中：　一锚具效率系数；　一预应力筋一锚具实　测极限拉力，单位ｋＮ；　一预应力筋一锚具计算极限拉　力，单位ｋＮ；　一预应力筋效率系数。预应力筋效率系　数　的取用，１—５根，　＝１；６—１２根，　＝Ｏ．９９；１３—１９　Ｃ△。＝　×１００％　ｃＬ＾＿　掣×１００％　声萄香：锚具静载莺试验效率系数与极限拉力时总应变　量不确定度的评定　１＝　×１００％　因此可以得到：　（　）＝１８８２．３×０．５％＝９．４ｋＮ　３测量数据及计算结果　由于锚具静载试验为破坏性试验，因此每组试验均　没有可比性，相互独立。三次测量均应合格，如果有一组　数据不合格，即判定为不合格。但允许取两倍数量的试　件重做试验，如果仍旧有一组不合格，即判定不合格。因　②温度变化产生的标准不确定度　随着温度的升高，钢绞线的强度将降低，而塑性增　高。但是在不太高的温度下（０℃一２５０￣Ｃ），其抗拉强度　随温度的升高而升高，且在（Ｏ℃一５０ｏＣ）之间近似成比例　此，每组测量结果都有效。此次测量结果如表１：　．　表１　检测项目　塞　笙墨　ｌ　２　３　本次评定标准不确定度选用第一组测量数据。　４标准不确定的评定　４．１锚具效率系数标准不确定度分量评定　（１）标准不确定度的Ａ类评定　由于试验为破坏性试验，每个试件只能测量一次，因　此无需进行Ａ类不确定评定，但也要考虑其影响，我们　一般用最大误差法处理。　（２）标准不确定度分量“Ｂ（　）Ｂ类评定　我们经过认真的分析和研究，确定不确定度分量　（　）的主要来源主要为静载锚具试验机的允许误差。　编号５Ｏ８Ｏ６３型号为ＬＥＭ５０００的５０００ｋＮ锚具试验装　置允许误差为ＭＰＥ：±１．Ｏ％，取均匀分布，则其试验机允　许误差引起的标准不确定度为：　１　（　）＝　＝ｏ．５８％　ｊ　则本次测量由试验机允许误差引起的标准不确定度　为：　ＵＢ（Ｆ，ｗｕ）＝１８０８．８×０．５８％＝１０．５ｋＮ　（３）标准不确定度分量ＵＢ（　）的Ｂ类评定　计算极限拉力，由试验室提供，由于试验室温度并不　恒定，测量仪器存在着误差，因此不确定度分量／２．Ｂ（　）　的主要来源为：因测量仪器允差产生的标准不确定度；温　度变化产生的不确定度。　①由测量仪器允差产生的标准不确定度　钢绞线按照ＧＢ／Ｔ５２２４—２００３《预应力？昆凝土钢绞　线》检测，其检测证书中给出测量标准不确定度为“＝　１．Ｏ％（Ｋ＝２）。则　（　）＝蚩＝０．５％　关系。虽然检测锚具与相应钢绞线时存在一定温度差　ｌｂ＂　异，但是在室温下其比例关系÷近似为零。故温度变化　产生的标准不确定度近似为零。　故　（ｔ）一０　４．２极限拉力时总应变ｅ一不确定度分量评定　（１）标准不确定度分量ｕ（　）评定　标准不确定度分量ｕ（△￡）的主要来源为位移测量　系统的允许误差，用Ｂ类评定。　位移传感器为试验机附件，允许误差为０．５ｍｍ，且呈　均匀分布。以此可以得到：　）＝　２９舢　本次为单次测量，考虑其影响，用最大误差法处理：　（　）：—ｕＢ　（　，ａＬ）一：１．２５×Ｏ．２９：Ｏ．３６ｍｍ　＾　其中　为最大误差法引人系数，当测量次数为１　时，其倒数为１．２５。　（２）标准不确定分量　（￡０）的评定　原始标距ｚｏ为制造厂提供。但考虑缝隙并紧量，试　验机弹性压缩量经过本所专业人员在不同载荷下严格测　量得到具体数据为Ｚｏ＝３８００ｍｍ　＝１０．０ｍｍ，＿ｊ｝＝２。因　此，用不确定Ｂ类评定我们可以得到：　ＵＢ（１ｏ）＝　＝５．Ｏｍｍ　活塞伸长量△２清零前数据可以用位移传感器测出。　考虑到位移传感器存在的系统误差，因此我们可以得到：　（△ｆ）＝　＝０．９２ｍｍ　综上所述，则可以得到：　Ｂ（Ｌ０）－－４　口（１ｏ）　＋　（△２）　５．ＯＯｍｍ　（３）标准不确定度分量ｕ（Ａａ）的评定　内缩量的测量：每组的测量中，一般在两端选取相对　应的若干根具有代表性的预应力钢材（对大于三孔的锚　具，我们一般选取三根预应力钢材，小于三孔的则全选），　按施加力的前四级，逐级测量其与锚具之间的相对位移　△口。△口与预应力钢材受力增量应成比例，如果不成比　列，则应仔细检查原因。当预应力钢材达到０．　时，持　荷一个小时，在这期间，△口应保持稳定，选取这时的Ａａ　做为最后测量结果。如果△ａ继续增加，不能稳定，则判　《计量ｓ溺试技术》２０１２年第３９卷第４期　定此锚具不合格。因此标准不确定度分量　（Ａａ）分别　用Ａ类与Ｂ类评定　①第一组测量结果如表２：　表２　６标准不确定度的合成　当测量结果受多种因素形成若干个不确定度分量　时，测量结果的标准不确定度用各种标准不确定度分量　合成后所得到的合成标准不确定度，用　表示，其计算　实验标准差ｓ＝　因此可以求得ｉｔ，Ａ（△Ⅱ）＝０．匝¨，，　４５ｍｍ　　＝０．４５ｍｍ　②标准不确定度分量Ｂ类评定　本次测量工具为数显卡尺，ＭＰＥ：±０．０４ｍｍ，示值为　均匀分布。则：　（△口）：　：０．０２ｒａｍ　（４）试验机缝隙并进量与弹性压缩量之和不确定分　量ｕ（ＡＬ　）的评定　试验机缝隙并进量与弹性压缩量具体数据难以计　算，在实际应用中，我们只知道其一定落在估计区间（０—　４）眦ｎ内。因此我们可以把它作为未定系统误差来处　理，取　ｌ＝（２　４＿２）ｍＥ。当测量条件变化时，－未定系统　误差也随之改变，变化规律很难求得，但根据长时间观　察，近似均匀分布。因此：　（ＡＬ１）＝　２＝１．１５ｒｒｌＩｎ　５标准不确定度汇总一览表　５．１锚具效率系数　表３　此次测量预应力筋效率系数　取０．９９。　５．２极限拉力时总应变　裘４　公式为：　√　ｃｆ　釜　ｆｃｊＰｉＵｘｉＵ４　其中　为任意两个直接测量值　ｆ与　的不确定度　相关系数。　６．１锚具效率系数不确定度ｕ（　）的合成　标准不确定度各分量相互独立，则相关系数１０　『＝０，　则根据公式得：　ｕ。（仉）＝√ｃ印　・ｕ　（Ｆａｐｕ）　＋ｃｐ　・ｕ（　）　ｏ．００７６　本次为单次测量，按最大误差法进行计算，得到：　一（　）：　：１　×０．００７６：０．００９５　６．２极限拉力时总应变　标准不确定度各分量相互独立，则相关系数ｐ　０，　则根据公式得：　ｃ（ｅ印　）＝［ＣＡＬ２・ＵＢ（△　）２＋ＣＡ。２・‰（ａａ）２＋ｃＬ　２・　（Ｌ０）　＋ｃ△。　・ｔＬＡ（ＡＬ）　＋ｃ　．　・ｕ（ＡＬ１）　］　０．０３３％　７扩展不确定度的评定　合成标准不确定度可以表示测量结果的不确定度，　但它仅仅对应于标准差，含被测量真值的概率仅为　６８％。为了使测量结果区间包含被ｉ贝４量的置信概率较　大，我们就需要用扩展不确定度表示、狈４量结果，一般情况　下我们可以取包含因子　＝２～３。当ｋ＝２时，置信概率　约为９５％。　７．１锚具效率系数的扩展不确定度及结果表示　Ｕ＝　‘Ｍ　（叩。）＝２×０．００９５＝０．０１９　则本次测量结果可以表示为：　（叩Ⅱ）＝０．９６１；Ｕ＝０．０１９　ｋ＝２　７．２极限拉力时总应变的扩展不确定度及记过表示　Ｕ＝　‘Ｍ。（￡　）＝２ｘ０．０３３％　０．ｏ７％　则本次测量结果可以表示为：　（ｅ　）＝２．３５％；Ｕ＝０．０７％　尼＝２　参考文献　［１］ＪＪＦ１０５９—１９９９《测量不确定度评定与表示》．中国计量出版社．　［２］ＧＢ／Ｔ１４３７０—２ｏｏ７（预应力筋用锚具夹具和连接器》．中国计量出版　社．　作者简介：卢菊香，女，工程师。工作单位：广东省中山市质量计量监督检　测所。通讯地址：５２８４００广东省中山市博爱六路４８号８１０室。　收稿日期：２０１１—１２—０２