鋼筋力學(xué)性能試驗中試驗室內(nèi)部人員比對的研究

施 英

（福州市建筑工程檢測中心有限公司，福建 福州 350000）

1 該文研究的意義

目前很多試驗檢測機構(gòu)在組織內(nèi)部比對的環(huán)節(jié)上處于薄弱階段，對比對結(jié)果評價的認知不足。本次內(nèi)部人員比對研究已經(jīng)在試驗室多次實踐論證可行，頗具創(chuàng)新價值，特別是具備很強的可操作性、易獲得性和實用性，可為社會上各試驗檢測機構(gòu)提供可靠的借鑒和參考，具有指導(dǎo)意義。

2 鋼筋力學(xué)性能試驗中試驗室內(nèi)部人員比對

鋼筋力學(xué)性能試驗中試驗室內(nèi)部人員比對是指在相同的環(huán)境條件、檢測方法、設(shè)備和設(shè)施等條件下，由試驗室內(nèi)部不同的檢測人員對同一規(guī)格型號的鋼筋樣品進行檢測。內(nèi)部人員比對可以直接具體地考查試驗室檢測人員的能力水平，直觀地判斷他們的實際操作是否符合規(guī)范要求，是否足夠熟練，最后總結(jié)評價比對結(jié)果，及時分析個別離群的原因，針對性地對這部分檢測人員進行規(guī)范化指導(dǎo)與糾正，從而為鋼筋力學(xué)性能試驗數(shù)據(jù)結(jié)果的可靠性提供持續(xù)有力的支撐。

3 試驗室內(nèi)部人員比對的實施

3.1 選擇人員

選取該試驗室鋼筋力學(xué)性能試驗檢測人員5 名，設(shè)置人員編號分別為1、2、3、4、5 號，所有的檢測人員均已經(jīng)過培訓(xùn)考核并在確認能力合格后上崗。

3.2 比對方案設(shè)計及鋼筋取樣要求

在該比對設(shè)計研究中，5 名檢測人員每人在同一臺拉力試驗機上獨立操作，每人拉伸3 根試樣。注意，每個項目應(yīng)取3 根試樣的平均值作為該檢測員的試驗結(jié)果，因此共要截取10 根鋼筋。鋼筋取樣概況包括以下3 點：1）生產(chǎn)廠家。福建省三鋼（集團）有限責(zé)任公司。2）規(guī)格型號。20、HRB400E。3）截取步驟：在同一根鋼筋原材上截取，長度統(tǒng)一取500 mm，縱向筆直，端頭平整，無毛刺，無缺陷，截取完成全部樣品之后做好標記并置于干燥的環(huán)境條件下待試驗。

3.3 選擇試驗設(shè)備

根據(jù)GB/T 228.1—2010《金屬材料 拉伸試驗 第1 部分：室溫試驗方法》規(guī)定，拉力機精度至少Ⅰ級，屈服力和極限抗拉力應(yīng)控制在拉力機量程的20%～80%范圍內(nèi)。根據(jù)20鋼筋的屈服強度和抗拉強度經(jīng)驗值，該研究選擇試驗室現(xiàn)有的WA—300C 的電液伺服萬能試驗機，最大量程300 kN，精度Ⅰ級。另外需要配備能在鋼筋上清楚地標記出5 mm 和10 mm 間距的鋼筋標距儀以及用于長度測量的游標卡尺和鋼卷尺。

3.4 試驗及評定分析依據(jù)

依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范GB/T 1499.2—2018《鋼筋混凝土用鋼 第2部分：熱軋帶肋鋼筋》、GB/T 28900—2012《鋼筋混凝土用鋼材試驗方法》、GB/T 228.1—2010《金屬材料 拉伸試驗 第1 部分：室溫試驗方法》進行試驗，結(jié)果評價參照GB/T 28043—2019《利用實驗室間比對進行能力驗證的統(tǒng)計方法》中的En值法進行。

3.5 試驗場所

該研究選取的鋼筋力學(xué)試驗室環(huán)境溫度為10 ℃～35 ℃（嚴格要求為：23℃），能夠滿足鋼筋要求。

3.6 試驗速率控制

該次比對研究通過量取上下兩夾口之間的鋼筋平行長度來確定應(yīng)變速率，具體就是將平行長度乘以每個階段規(guī)定的應(yīng)變速率，將所得結(jié)果作為橫梁位移的控制速率。10 名檢測人員統(tǒng)一按GB/T 228.1—2010 的方法A 控制速率：

式中：eLc 為平行長度估計的應(yīng)變速率。

LC 為平行長度。由鋼筋夾完后，現(xiàn)場量取上下兩夾口之間的鋼筋縱向長度獲得。1）彈性階段： 取GB/T 228.1—2010 推薦的0.00025 乘以平行長度作為彈性階段的速率。eLc=0.00025s-1，相對誤差±20%；也就是速率V 彈性=0.00025×LC，（單位：mm/s）2）屈服階段： 同樣，取GB/T 228.1—2010 推薦的0.00025 乘以平行長度作為屈服階段的速率。eLc=0.00025s-1，相對誤差±20%；也就是速率V 屈服=0.00025×LC，（單位：mm/s）。3）強化階段： 如果取GB/T 228.1—2010 推薦的0.0067 乘以平行長度作為強化階段的速率（單位：mm/s）會偏快一些，對之后的伸長率測量有一定的影響，因此根據(jù)實踐經(jīng)驗權(quán)衡后取0.003 乘以平行長度作為強化階段的速率較為恰當(dāng)。

eLc=0.003s-1，相對誤差±20%；也就是速率V 強化=0.003×LC×60，（單位：mm/min）。

3.7 結(jié)果計算與評定方法

人員比對有以下2 種評定方式：1）當(dāng)方法規(guī)定了允許差時，選擇具有較高準確度的一方（參考方）的測定值作為參考值，與比對方的測定值比對結(jié)果。2）當(dāng)方法沒有規(guī)定允許差時，選擇測量的不確定度進行評價，比對雙方的結(jié)果。

針對鋼筋的比對試驗?zāi)壳皶簳r沒有明確的標準規(guī)定允許差，因此該研究需要先計算出該試驗室的鋼筋力學(xué)性能各指標的測量不確定度，計算方法主要依據(jù)GB/T 228.1—2010《金屬材料 拉伸試驗 第1 部分：室溫試驗方法》附錄L 進行。

鋼筋力學(xué)性能試驗人員比對目的是評定各檢測員在相應(yīng)的擴展不確定度限定范圍內(nèi)能否達到或者靠近指定值結(jié)果的水平，結(jié)合CNAS—GL02：2014《能力驗證結(jié)果的統(tǒng)計處理和能力評價指南》以及GB/T 28043—2019《利用實驗室間比對進行能力驗證的統(tǒng)計方法》得知，這種比對屬于校準范疇的能力驗證，因此該標準的En值法適用于本研究中人員比對的評價。具體評價準則如以下3 條所示：1）滿意：En<1，評價比對結(jié)果滿意。2）不滿意：En＞1，評價比對結(jié)果不滿意，應(yīng)該剖析原因，及時糾正并采取糾正措施。3）警戒提示：En=1，比對結(jié)果處于臨界值，需要查找原因并針對性地采取預(yù)防與糾正措施。

En計算公式如下：

式中：1）En為能力度量值。2）X 為參加者結(jié)果。3）Xo為試驗室確定的指定值，該研究取各參加者結(jié)果的總平均值。4）U 為指定值的標準不確定度，該研究采用該試驗室的參加者試驗結(jié)果的平均值計算得出各項目的測量不確定度。5）U0為參加者自身對其結(jié)果的標準不確定度的估計值，該研究除了最大力總延伸率參照研究文獻《抗震鋼筋最大力總伸長率不確定度研究》取預(yù)估值，其他檢測項目按照GB/T 228.1—2010 附錄L 的各項目既得不確定度結(jié)果取預(yù)估值。

3.8 結(jié)果計算與分析

3.8.1 10名試驗檢測員分別得出的試驗結(jié)果

為了獲得良好的可比性，按照以下方式修約：抗拉強度Rm 和下屈服強度ReL 修約至1 MPa，最大力總延伸率Agt 修約至0.1%。

而對于10 個試驗結(jié)果的平均值，抗拉強度Rm 保留三位有效數(shù)字，其他結(jié)果及標準偏差保留四位有效數(shù)字，不確定度保留兩位有效數(shù)字，但為提高計算結(jié)果的準確度，不確定度在計算過程中保留的數(shù)位適當(dāng)增加到3 位小數(shù)點，變異系數(shù)保留至3 位小數(shù)點。

特別說明。1）鋼筋是不經(jīng)機加工的試樣，根據(jù)GB/T 228.1—2010 附錄D，原始標距的標記與最接近夾頭間的距離不應(yīng)小于橫截面積的開平方，對于20 的鋼筋，橫截面積為314.2 mm2，開平方結(jié)果是17.73 mm，因此試樣夾完后應(yīng)該在平行長度上下兩端作好距離夾口17.73 mm 的初始標記，作為原始標距的起始端。2）該研究中最大力總延伸率采用手工法進行測量，10 名試驗檢測員分別得出的試驗結(jié)果見表1。

3.8.2 各項目的相對擴展不確定度來源與計算過程

3.8.2.1 特別說明

關(guān)于該試驗有以下7 點特別說明：1）因為每個編號的試驗結(jié)果都是3 根鋼筋的平均值，根據(jù)均勻分布原則，每個項目測量重復(fù)性的相對標準不確定度要以5 個試驗結(jié)果的變異系數(shù)除以獲得。2）抗拉強度、下屈服強度的相對擴展不確定度按照GB/T 228.1—2010 附錄L 所示公式結(jié)合該研究所得實測試驗結(jié)果進行計算，GB/T 228.1—2010 缺乏最大力總延伸率的相對擴展不確定度計算方法，因此后面會對最大力總延伸率的相對擴展不確定度進行詳細分析。3）小寫的ucrel代表相對標準不確定度的合成值，大寫的Ucrel代表相對擴展不確定度，Ucrel=k×ucrel，按照95%的置信水平，相對擴展不確定度Ucrel（Rm）=k×ucrel（Rm）式子中的k=2，即相對擴展不確定度為2 倍的相對標準不確定度合成值。4）試樣原始橫截面積為B 類相對標準不確定度按GB/T 228.1—2010 計算結(jié)果取值0.578%。5）抗拉強度的最大力以及下屈服強度的下屈服力相對標準不確定度按照GB/T 228.1—2010附錄L 計算結(jié)果取值0.620%，來源于以下3 個方面：1）Ⅰ級拉力機測力系統(tǒng)帶來的示值誤差。2）拉力機檢定時0.3 級的標準測力儀器帶來的誤差。3）計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)引入的B 類相對標準不確定度。6）對于抗拉強度及下屈服強度中由拉伸速率帶來的相對標準不確定度，按GB/T 228.1—2010 是由拉伸速率對拉伸強度的影響為±5 MPa 經(jīng)均勻分布考慮后得出的2.887%，再分別除以5 個實測抗拉強度的平均值、5個實測下屈服強度來獲得。7）相對合成不確定度是由各不同來源得到的相對標準不確定度的平方和相加后開平方計算得到。

表1 試驗結(jié)果

3.8.2.2 抗拉強度Rm的相對擴展不確定度

相對不確定度分項分別為urel（rep）、urel（Fm）、urel（S0）、urel（RmV）的不確定度來源進行確定，發(fā)現(xiàn)不同的分項不確定度來源也是不同的，見表2。但是就相對不確定度分項的相對合成不確定度及相對擴展不確定度來看，這4 個是相同的。

3.8.2.3 下屈服強度ReL的相對擴展不確定度

上面對 抗拉強度Rm的相對擴展不確定度進行了分析，但是單從這一個指標是無法對鋼筋力學(xué)性能進行有效確定，所以在表3 對下屈服強度ReL的相對擴展不確定度進行探討。相對不確定度分項沒有變，但是不確定度來源發(fā)生了變化，其中urel（FeL）的不確定來源為下屈服力，同時相比于表2 的數(shù)據(jù)，在表3 中各項數(shù)據(jù)也都發(fā)生了明顯變化。而且發(fā)現(xiàn)雖然四個相對不確定度分項的相對合成不確定度與相對擴展不確定度依然保持相等。

3.8.2.4 最大力總延伸率Agt的相對擴展不確定度

數(shù)學(xué)模型：Agt=Ag+Rm/2000，Ag和Rm彼此不相關(guān)，2 000 為固定數(shù)值，帶來的不確定度可以忽略。因此最大力總延伸率Agt的相對標準不確定度合成值可以按下式計算[1]：

因此，要先按分項分析Ag和Rm各自的相對標準不確定度的合成值，然后再匯總成Agt的相對標準不確定度，Rm的相對標準不確定度的合成值根據(jù)上述表2 計算結(jié)果已知為0.994%，Ag相對標準不確定度來源、分析與合成值詳見表4。則最大力總延伸率Agt的相對標準不確定度合成值：

表2 抗拉強度Rm 的相對擴展不確定度

表3 下屈服強度ReL 的相對擴展不確定度

表4 Ag 相對標準不確定度的合成值

則最大力總延伸率Agt的相對擴展不確定度：

3.9 人員比對結(jié)果的評價與分析總結(jié)

在該次人員比對研究中，相同的樣品由5 個試驗檢測人員重復(fù)地做試驗，以平均值作為結(jié)果的代表值?？v觀整體試驗結(jié)果（見表1），每個試驗結(jié)果都和平均值有所偏離，顯示了試驗結(jié)果的組內(nèi)離散，結(jié)果離散反映出試驗存在誤差。造成離散的來源很多，包括樣品不均勻、操作偏差、環(huán)境條件誤差、測試技術(shù)及儀器精度誤差等。在這個使用相同樣品、相同環(huán)境、相同儀器設(shè)備的重復(fù)性試驗中，試驗誤差的大小主要反映了人員試驗操作水平的高低，另外，也可以通過試驗誤差來評價人員比對研究的有效性以及鑒別和剔除一些異常數(shù)據(jù)。

在這里我們可以借鑒JTS/T 236—2019《水運工程混凝土試驗檢測技術(shù)規(guī)范》的附錄E 中對混凝土試驗數(shù)據(jù)處理的方式來評價該次人員比對研究的有效性。組內(nèi)重復(fù)取樣試驗誤差的分級見表5，按各試驗項目結(jié)果的變異系數(shù)大小來劃分試驗水平的優(yōu)劣。

表5 試驗誤差等級表

縱觀整體試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)（見表1），該次人員比對研究中抗拉強度Rm變異系數(shù)為0.296%；下屈服強度ReL變異系數(shù)為0.300%；最大力總延伸率Agt變異系數(shù)為8.329%，根據(jù)上表5 顯示：變異系數(shù)＜3%試驗誤差等級是優(yōu)秀，變異系數(shù)在[3，4]區(qū)間試驗誤差等級是良好，評定該次抗拉強度、下屈服強度的人員比對試驗有效。但最大力總延伸率的變異系數(shù)高達8.329%，說明結(jié)果偏差較大，后續(xù)試驗室應(yīng)把最大力總延伸率提起專題研究，進一步查明原因，有針對性地糾正并實施糾正措施。

從變異系數(shù)的大小也可以進一步分析，斷后伸長率的測量由人工操作進行，誤差較大；抗拉強度和下屈服強度由電腦直讀，誤差較小。因此，試驗室在今后工作中應(yīng)該加強人員對標距測量的培訓(xùn)與學(xué)習(xí)。

從En看，抗拉強度個人試驗結(jié)果達到滿意結(jié)果的為80%，達到不滿意結(jié)果的為20%，從表1 中找出不滿意人員為4 號人員，說明4 號試驗員操作過程不符合規(guī)范要求，推測原因可能是在夾持過程中樣品沒有對中、或拉伸時沒有將試驗機油缸預(yù)抬10 cm、上鉗口夾完試件忘記清零等，所以應(yīng)進一步監(jiān)督該人員的試驗操作水平，并且采取糾正措施。

從相對擴展不確定度看，試驗結(jié)果中抗拉強度的為2.0；下屈服強度的為2.2，最大力總延伸率的為11。2.0 ＜2.2＜③11（最差），人員在鋼筋拉力試驗過程的操作偏差相對較小，而在測量標距時操作偏差相對較大，特別是最大力總延伸率的人員操作偏差最大，再次表明應(yīng)該把最大力總延伸率提起專題研究，進一步查明原因，有針對性地糾正并實施糾正措施。

4 結(jié)語

綜上所述，該研究的鋼筋力學(xué)性能試驗內(nèi)部人員比對方法簡單易行，適用于各種試驗室，例如第三方檢測機構(gòu)、工地項目試驗室等，可以幫助試驗室動態(tài)監(jiān)測試驗人員的能力水平，及時發(fā)現(xiàn)異常偏差與不足，有針對性地對不足之處進行監(jiān)督與糾正，也能進一步督促試驗檢測人員加強對專業(yè)技能的學(xué)習(xí)，規(guī)范操作，提升檢測水平，從而保證試驗結(jié)果的可靠性與試驗室的社會信任度。