在結構組裝過程中,或站在類似作往複運動的那種老的梁式機器旁時,常能聽到人們對機器的外觀或設計略帶欽佩的評論,認為所使用的構件尺寸是“顯著超設計”的成果。這含義是指,使用上述改進後的設計就能承受較大的應力。然而,這種情況很少出現,因為影響承載能力的因素,部分是由於材料的特性但主要是各構件接觸處的接頭設計和構件之間應力分布。
承載結構的膠接接頭相對來說較新,應用的時間僅有半個世紀。已使用了許多世紀的木工膠,是防止榫接、槽和栓接或木栓接頭鬆動的粘接劑。但是,木工膠隻能使用在溫度和濕度不會過髙、過低的設備上。
從曆史的發展來看,材料的連接方法隨著作為新技術的結構接頭的出現經曆了一個很長的發展過程。其間人們逐漸意識到,被連接的材料和其承受應力的特性,與所采用的連接方法之間存在著密切的聯係。
現在可以給膠粘劑作如下定義:即無論哪種合成聚合材料,將它應用在結構表麵上時,就可將兩個表麵連接起來,且難以分開。用於結構的膠粘劑,是一種使用於當結構上需要承受剝離載荷相當大,以致使膠粘劑為結構提供主要強度和剛度時的膠粘劑,該膠粘劑稱為結構膠粘劑。通過膠粘劑連接起來的接頭中的被連接構件,稱為被粘物。這個名詞是由德布魯內在1939年首先使用的。
使用的膠粘劑是充分抗老化的,且比木質被粘物更經久耐用。相反,連接用鐵釘將會生鏽,除非每隔幾年重新刷一次防鏽漆。其它的機械連接件也會生鏽,而且生鏽的連接件對木材亦會有損害,但不會因此而影響使用。由於使用機械連接方法而使這些接頭的結構總重量增大,這既是由於接頭的重量增加,同時也因為增加了構件的搭接部分。膠接接頭也有一些缺點,但這些缺點大都出現在製造階段。主要的一點是在裝配和養護期間,必須將各構件固定;其次,是需要專門的技術知識,雖然這方麵並木是很重要,但不象簡單的機械操作如鑽孔、栓接等易於推廣使用。使用機械連接方法會使構件搭接長度增加和重量加大,因而為構件帶來額外應力,這是一種負擔。而使用膠粘劑就能避免這種負擔。
搭接受剪接頭,是一種雙搭接受剪的接頭型式。而單搭接受剪接頭是最常用的接頭型式。在單搭接接頭中,由兩個等厚度的單接觸麵被粘物代替對應的雙搭接接頭中兩個同樣構件與雙倍厚度的中間構件。這兩種接頭型式更多地用於試驗與測試中,而在實際工程結構中顯示不出其重要作用。然而,這些接頭型式確實模擬了結構的特性,而且在本書的有關章節中也會明顯地看到模擬的程度。接頭型式很重要,因為有機膠粘劑的最佳使用效果,是用於承受單純的或扭轉的剪切應力。有關膠粘劑的應用,如第二章所述,主要是用在能承受剪切應力而不是軸向拉伸或劈裂的結構裝配中。對所有膠粘劑而言,要求它們應能承受比拉伸大得多的剪切應力。
搭接板型接頭來代替對接接頭,是一種使軸向拉伸轉變為搭接受剪接頭的最簡單例子。這種方法類似用於結構連接中的栓接或鉚接,但與焊接方法不同。對於搭接板型接頭來說,可以利用搭接受剪接頭進行精確的試驗模擬。與此類似,雖然難以從搭接部分材料的剪切彈性模量直接推算出組合件的剛度,以及從搭接剪切強度計算出組合件的臨界彎曲力,但飛機機身桁條的連接卻是使用這種單搭接接頭的成功典型。