結構工程師的任務在於設計或製造各種機械結構。本書介紹的就是從眾多的實用方法中選擇一種特殊的構造方法來設計和建造這些結構。由金屬構件組成的結構可以使用螺栓連接、鉚接或其它形式的機械連接;或者使用焊接,使用與釺接或低溫焊接類似的方法將這些金屬構件裝配起來;或者使用有機膠將這些構件彼此連接起來。還有一種可供選擇的方法,這就是類似從整塊巨石雕刻一尊雕像一樣,將一個整體金屬塊經過機械加工製成結構物。經過訓練和經驗豐富的工程師,在考慮結構的各種機械連接方法(不僅要區別各種方法彼此間的不同,而且在可供選擇的方法中區別開焊接和釺接)時,能將設計和組裝方法結合起來。工程師通常所掌握的技術還不足以使他從許多可能的類型中作出必要的選擇,即采用膠粘劑將結構組裝起來,且作出合適的設計方案。為此,本書有關章節就是為了幫助培養工程師在本專業技術方麵得到發展,並為實習工程師提供一份關於膠粘劑特性的設計標準的備忘錄。此外,它也可滿足從事粘接的工程技術人員在工程評估中的需要,膠粘劑除了用於結構工程外,還可用於表麵加工,即用膠粘劑材料自身作為最終表麵,或用它貼附瓷磚或釉磚。膠粘劑還可用作幕塘的密封劑,以及作為從小錫罐到大型飛機的主燃料箱等液體容器接口的密封材料。實際上,膠粘劑本身也可視為結構材料,最近在粘接方麵的一些論文中,對此已有所論述。
玻璃鋼和碳纖維增強塑料是重要的結構材料。對於結構工程師來說,更為關注的是結構材料的強度,而不是其加工和製造。
本書的內容可以扼要概括為:它論述了結構工程師所關心的各種結構應力和應力分布;討論了膠粘劑的特性和膠接接頭;以及這些接頭可能出現值得注意的應力;最後還介紹了如何選用最佳的膠接接頭。
接頭型式
接頭設計既要考慮連接的方式,同時也要考慮被連接材料的特性。位於塞洛普艾倫布裏奇的第一座鑄鐵橋是禱遺的大塊狀半拱結構,采用鑲榫結合,以錐狀栓釘安裝到部件上組裝而成的。該橋設計者隻是利用了大家知道的木結構建造方式。唯一使用的新結構材料,是采用了大尺度的單個拱形構件。因為直到拿破侖戰爭以後,才能獲得軋製的和截麵的型鋼。1847年在巴黎製成了能承受輕荷載的第一批工字梁,而直到1860年發明了低碳鋼之後,才能得到大型的工字梁。對這種構件的連接,最初是在梁的主體部分開一個畫柱形槽作為模子,並預先用螺栓固定好魚尾板,然後在圓柱形槽的上方利用溜槽澆鑄鋼水。
在鋼結構得到應用之後,再回顧一下經曆了幾個世紀變化的木結構接頭設計仍是饒有趣味的。榫接頭在承受拉力時,其承載能力最多是木拉杆梁強度的一半。因此,後來在大型結構中避免使用這種連接方式。18世紀後,鋼結構得到推廣,在木結構中也采用合楔固定鍛製夾板,這樣就能夠用木拉杆來懸吊載荷。通過所設計的多種魚尾板和螺栓固定的榫接接頭可將拉杆加長。經過改進的接頭設計還具有另外一個優點,這就是能使大量比鋼輕得多的木材得以應用。