静载试验的测量不确定度评定

1静载试验的测量不确定度评定文件编号：HDZJ/受控状态受控分发号版本号第A版修订号第0次修订拟稿日期审核日期批准日期实施日期2009年03月20日2静载试验的测量不确定度评定在地基基础检测工作中通常需要运用静载试验的方法，静载试验的试验结果不可避免的具有不确定度。科学决策基于试验结果，不确定度是试验结果的测度，它反映了试验结果的质量水平。因此，静载试验结果的不确定度评定工作是很有意义的。1、评定依据测量不确定度评定与表示（JJF1059-1999）建筑地基基础检测规范（DGJ15-60-2008）2、试验原理和方法地基基础检测中的静载试验是通过千斤顶将荷载传至受检体（桩或土体），以测定在应力作用下受检体的承载力和变形（位移）特征。每台千斤顶配置一个压力表，并且进行周期性校准，千斤顶压力值通过与千斤顶并联的压力表来测定，即将压力表读数代入校准证书提供的插值方程换算而得。3、数学模型及合成标准不确定度表达式根据测量方法考虑以下情况：①千斤顶、压力表处于正常的工作环境，试验环境（如温度、空气湿度等）对千斤顶、压力表工作的影响甚小，其产生的不确定度忽略；②设通过压力表读数而换算得到的实测压力值为Fo，其不确定度为u(Fo)；③校准误差引入修正量FB，其不确定度为u(FB)，且FB与FO无关。综上分析得加载量F数学模型为：3F=Fo+FB而u（F）为：uc（F）=)()(22BoFuFu①uc（F）－加载量F的合成标准不确定度u（Fo）－Fo的标准不确定度u（FB）－FB的标准不确定度本次实例采用QW-200型千斤顶，查校准证书插值方程为：Fo=28.409P+14.2②Fo－实测压力值（kN）P－压力表数值（MPa）4、标准不确定度分量的评定4.1Fo的标准不确定度根据JJF1059-1999国家计量技术规范第6条，Fo的标准不确定度表达式为：u（Fo）=28.409u(P)③u（P）－压力表数值标准不确定度4.1.1u（P）的评定对于某个受检体，静载试验不可能重复进行，因此P只能由压力表一次读数获得，该读数视为不变的量，设为Po,其不确定度为零；压力表准确度等级所限引入修正量P1，其不确定度为u（P1）；压力表读数误差引入修正量P2，其不确定度为u（P2）；P1和P2无关；设备在正常工作环境下，环境效应引入的不确定度很小，忽略不计。综上分4析得数学模型：P=Po+P1+P2而u（P）为：u(P)=)()(2212PuPu④（1）压力表精度的标准不确定度分量u（P1）静载试验根据规范要求采用0.4级精密压力表，允差为±0.4%，此允差为“相对误差”，该压力表50Mpa（以50Mpa时为例）示值处以绝对误差表示的允差限宽为0.2Mpa，压力表经检定合格，认为此误差为均匀分布，不可靠性为10%，则标准不确定度为：u(P1)=0.2/3=0.115MPa查JJF1059-1999中的表4，得自由度为)(1P=50（2）压力表读数误差引起的标准不确定分量u（P2）压力表度盘最小分度值为0.5MPa，可以分辨到分度值的21即0.25MPa，认为是均匀分布，可靠性为100%，按JJF1059-1999之5.9条，估读误差引起的标准不确定度为：u（P2）=0.25×0.29=0.0725MPa查JJF1059-1999中的表4，得自由度为)(2P=将以上（1）及（2）的计算结果代入式④，于是有：u(P)=220725.0115.0=0.136MPaP的相对标准不确定度为u(P)/P=0.136/50=2.72×10-3根据韦尔奇－萨特思韦特公式计算：自由度)(Peff=4440725.050115.0136.0＝9854.1.2计算u（Fo）将u(P)的计算结果代入公式③得u(Fo)：u(Fo)=3.86kN压力表读数为50MPa时对应的压力值通过插值方程换算为1136.4kN。故：Fo相对标准不确定度：u(Fo)/Fo=3.86/1136.4=3.34×10-3自由度)(oeffF=2384.2FB的标准不确定度校准误差引起的因素客观上来讲有很多，包括环境、人为及仪器设备等。可以这样认为，在良好环境，科学操作的前提下，环境、人为因素产生的不确定度是很小的，因此校准误差引起的不确定度主要由标准物质（即标准测力仪）来决定，查校准证书知标准测力仪为0.3级，相对误差0.3%，认为是均匀分布，100%可靠，故：u(FB)=3%3.04.1136=1.97kN)(BeffF=相对标准不确定度u(FB)/FB=3.86/1136.4=3.34×10-35计算加载量合成标准不确定度uc(F)将u(Fo)和u(FB)的结果代入①式得：uc(F)＝4.10kN相对合成标准不确定度为ucrel(F)＝4.10/1136.4=0.36%)(Feff=30066计算加载量拓展不确定度由于有效自由度)(Feff足够大，计算过程忽略一些相关因素（如环境、人为等），此处依据JJF1059-1999之第7点取包含因子kp＝2，p≈95%，计算所得有效自由度)(Feff表明了uc(F)的评定质量。拓展不确定度U按下式计算：U=2×uc(F)=2×4.1=8.2kN7不确定度报告本次试验加载量的测量结果为（1136.4±8.2）kN，括号内第二项为拓展不确定度U之值，包含因子kp＝2，p≈95%。8结束语不确定度评定是一项科学、严谨的工作，本次评定工作由于某些客观因素的不可估量性，使得评定结果有一定的局限性，另外校准误差所引入的不确定度评定是否有更加科学、严谨的方法，值得我们去探索。【参考文献】1、郑党儿.简明测量不确定度评定方法与实例.中国计量出版社,2005.2、李慎安.测量结果不确定度的估计与表达.中国计量出版社,1997.