淺談錨索測(cè)力計(jì)測(cè)試斜拉索索力的不確定度分析

(重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院　重慶　400074)

一、引 言

錨索測(cè)力計(jì)廣泛應(yīng)用于斜拉橋拉索的檢測(cè)、施工過(guò)程中的張拉力控制。錨索測(cè)力計(jì)具有讀數(shù)簡(jiǎn)單、安裝方便等特點(diǎn)。本文在重慶萬(wàn)橋交通科技有限公司生產(chǎn)車間提供的條件下，選取的錨索測(cè)力計(jì)為穿心式錨索測(cè)力計(jì)，測(cè)試原理如圖1所示。錨索測(cè)力計(jì)安裝,是伴隨著預(yù)應(yīng)力錨索張拉進(jìn)行的,一般工序分為:孔位放樣→造孔→穿索→錨固段灌漿→錨索測(cè)力計(jì)安裝→張拉,錨索測(cè)力計(jì)安裝如圖2所示,錨索測(cè)力計(jì)受張拉端錨具作用而同時(shí)受力。

圖1　振弦式錨索測(cè)力計(jì)結(jié)構(gòu)原理圖

圖2　錨索測(cè)力計(jì)安裝示意圖

二、測(cè)量不確定度的評(píng)定

(一)測(cè)量不確定度評(píng)定過(guò)程

不確定度的評(píng)定流程基本上是依據(jù)上述的A類B類評(píng)定先進(jìn)行準(zhǔn)確的分類。再進(jìn)行每個(gè)分量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，合成不確定度和最后的擴(kuò)展不確定度，最終得出不確定度評(píng)定報(bào)告。具體的流程如下圖所示：

圖3　不確定度評(píng)定流程圖

(二)不確定度的來(lái)源

錨索測(cè)力計(jì)在索力測(cè)試時(shí)不確定度分量主要來(lái)源于以下幾個(gè)方面。

1.計(jì)算模型帶來(lái)的不確定度：用最小二乘法進(jìn)行參數(shù)擬合。

2.錨索測(cè)力計(jì)重復(fù)測(cè)量引入的不確定度。

3.上一級(jí)儀器引入的不確定度：根據(jù)材料試驗(yàn)機(jī)檢定證書(shū)給出。

4.鋼弦式錨索測(cè)力計(jì)測(cè)讀儀測(cè)量引入的不確定度：根據(jù)檢定證書(shū)給出。索力動(dòng)測(cè)儀的

三、基于錨索測(cè)力計(jì)測(cè)試索力的不確定度評(píng)定

本實(shí)驗(yàn)在重慶萬(wàn)橋交通科技有限公司生產(chǎn)車間的張拉槽內(nèi)進(jìn)行，選取2#塔0號(hào)索為測(cè)量對(duì)象，在車間張拉槽中進(jìn)行超張拉試驗(yàn)并收集相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。表1匯總了該拉索錨索測(cè)力計(jì)的20次測(cè)試值。

表1　2#塔0號(hào)索力測(cè)試值

(一)標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

1.A類不確定度的評(píng)定

(1)索力重復(fù)測(cè)量u1的評(píng)定

用錨索測(cè)力計(jì)多次測(cè)試索力引入的不確定度，通過(guò)多次測(cè)量記錄得到，采用A類不確定度。

其算術(shù)平均值為：

樣本標(biāo)準(zhǔn)差為：

在重復(fù)條件下進(jìn)行多次測(cè)量，以多次測(cè)量的算術(shù)平均值為測(cè)量結(jié)果，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.B類不確定度的評(píng)定

(1)計(jì)算模型u2的評(píng)定

本文采用上述公式(2)進(jìn)行曲線擬合，計(jì)算涉及到弦的自振頻率、有效長(zhǎng)度、張力以及弦的材料密度，本次采用的是通過(guò)實(shí)驗(yàn)室材料試驗(yàn)機(jī)標(biāo)定的弦式錨索測(cè)力計(jì)，根據(jù)檢定數(shù)據(jù)，給出計(jì)算模型的不確定度為0.097%，即：

μ2=0.097%

(2)上級(jí)儀器u3的評(píng)定

根據(jù)JJG139-1999《拉力、壓力和萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程》規(guī)定，試驗(yàn)機(jī)的重復(fù)性誤差為1%，同樣，為安全起見(jiàn)，取最大測(cè)量點(diǎn)的重復(fù)性誤差，其區(qū)間的半寬度為：α=1500KN×1%=7.5KN。

根據(jù)檢定證書(shū)上的報(bào)告，其重復(fù)性誤差基本落在±0.1%范圍內(nèi)，同樣認(rèn)為其滿足正態(tài)分布，取包含因子k=3，得其不確定度分量為：

(3)壓力環(huán)測(cè)讀儀u4的評(píng)定

由于本文采用的測(cè)讀儀檢定證書(shū)給出的相對(duì)測(cè)量不確定度為0.006%。

μ4=0.006%

3.相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表

表2　相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表

(二)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

(三)擴(kuò)展不確定度

包含因子取k=2，則相對(duì)擴(kuò)展不確定度為：

U=kμc=0.392%

四、結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)錨索測(cè)力計(jì)標(biāo)定裝置和標(biāo)定方法的研究，分析了影響錨索測(cè)力計(jì)標(biāo)定結(jié)果的各項(xiàng)因素，進(jìn)而對(duì)錨索測(cè)力計(jì)標(biāo)定結(jié)果的不確定度進(jìn)行了分析和評(píng)定。錨索測(cè)力計(jì)在投入工程應(yīng)用后，當(dāng)對(duì)觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行不確定度分析時(shí)，除考慮環(huán)境因素及設(shè)備、人員等因素外，還應(yīng)考慮標(biāo)定結(jié)果引入的不確定度。