تخيل الجسور المهيبة التي تمتد فوق الأنهار والبحيرات والبحار - كيف تصمد أمام الطقس القاسي بينما تتحمل تدفقات المرور التي لا نهاية لها؟ غالبًا ما تكمن الإجابة في تصميماتها الداخلية المعقدة، حيث تلعب العوارض الصندوقية دورًا لا غنى عنه كعمود فقري هيكلي، يحمي بصمت شبكات النقل الحيوية.

تتميز العوارض الصندوقية، والتي تسمى أيضًا العوارض الأنبوبية أو الحزم الصندوقية، بمقطع عرضي أنبوبي مغلق متعدد الجدران. على عكس العوارض I أو H التقليدية، يوفر شكلها المغلق مقاومة التواء فائقة. تم بناؤها في الأصل من الحديد المطاوع المرصع بالمسامير أثناء الثورة الصناعية، وتستخدم العوارض الصندوقية الحديثة الآن الفولاذ المدلفن/المُلحم، وألواح الألمنيوم المبثوقة، والخرسانة سابقة الإجهاد - مما يؤدي إلى توسيع نطاق تطبيقاتها من خلال التطورات في علوم المواد.

تكمن قوة العارضة الصندوقية المحددة في أدائها الالتوائي الاستثنائي. غالبًا ما تواجه الجسور قوى التواء من أحمال المركبات غير المتماثلة أو ضغط الرياح - وهي تحديات تقاومها البنية المغلقة بشكل فعال. بالإضافة إلى ذلك، تتيح الشبكات المتعددة سعة تحميل أعلى من العوارض I ذات الارتفاع المتساوي، وإن كان ذلك مع استخدام مواد أكبر. تعمل الهندسة الحديثة على تحقيق التوازن بين هذا من خلال التصميمات المحسنة التي تخلق عوارض I أطول وأخف وزنًا، مما يدل على المفاضلة الحاسمة بين الأداء وكفاءة التكلفة.

تعكس الفروق في التسميات الاختلافات الهيكلية. عادةً ما تحصل المقاطع العرضية المستطيلة على تسمية "العارضة الصندوقية"، بينما تسمى تلك التي تحمل محتويات داخلية (مثل سكة حديد جسر بريتانيا) "العوارض الأنبوبية". تندرج المقاطع الدائرية/البيضوية (مثل جسر رويال ألبرت) أيضًا ضمن العوارض الأنبوبية. تسمى العوارض الصندوقية الكبيرة ذات الجدران الداخلية المتعددة التي تشكل مقصورات "العوارض الخلوية"، مما يعرض قدرة التصميم على التكيف.

ظهر الإطار النظري للعوارض الصندوقية من أبحاث المهندس السير ويليام فيربيرن وعالم الرياضيات إيتون هودجكينسون في ثلاثينيات القرن التاسع عشر حول تحسين ألواح الحديد المطاوع المرصعة بالمسامير. أسس عملهم مبادئ لا تزال ذات صلة حتى اليوم.

تحت الأحمال الثابتة، تتعرض العوارض النموذجية للضغط على شبكة واحدة والتوتر على الأخرى. دمجت الرافعات المبكرة لفيربيرن هياكل خلوية على أسطح الضغط لمنع الانحناء. تتميز هذه الأذرع المنحنية المدببة - المصنوعة من ألواح حديدية مرصعة بالمسامير - بثلاث غرف داخلية على شكل قرص العسل على جوانبها المقعرة لتعزيز الصلابة.

عندما يتم تكييفها للجسور (محملة في المنتصف بدلاً من المحملة في النهاية مثل الرافعات)، يتحول الضغط إلى الشبكة العلوية، مما يتطلب تعزيزًا خلويًا هناك. قد تتطلب الأحمال الديناميكية (الرياح، حركة المرور) تعزيزًا على الوجهين، كما هو موضح في أقسام جسر بريتانيا المحفوظة. والجدير بالذكر أن فيربيرن أوضح أن الخلايا السفلية عالجت تحديات التصنيع العملية بدلاً من متطلبات التحميل - وهي مقدمة للتحليل الحديث للعناصر المحدودة الذي تجاوز القدرات الحسابية في القرن التاسع عشر.

تزامنت ابتكارات فيربيرن مع مطالبة السكك الحديدية بفترات أطول. أشركه روبرت ستيفنسون وهودجكينسون كمستشارين لجسر بريتانيا وكونوي الأنبوبيين، بينما تبنى برونيل أنابيب دائرية مزدوجة لرافعة تشيستو. على الرغم من أن جسور السكك الحديدية في ستينيات القرن التاسع عشر فضلت التصميمات الأنبوبية، إلا أن بنيامين بيكر انتقد لاحقًا "العوارض الصندوقية ذات ألواح الويب" على أنها دون المستوى الأمثل للفترات الطويلة. تحولت التطبيقات الحديثة نحو المقاطع المستطيلة الضحلة لجسر الطرق السريعة مثل جسر سيفرن، مما يوفر وفورات كبيرة في الوزن مقارنة بتصميمات الجمالون العميقة (مثل جسر البوابة الذهبية).

شهدت السبعينيات العديد من الانهيارات الكارثية أثناء بناء جسر العارضة الصندوقية - بما في ذلك جسر كليداو (ويلز)، وجسر ويست جيت (أستراليا)، وجسر كوبلنز (ألمانيا). دفعت هذه المآسي إلى مراجعات سلامة صارمة، وتسريع اعتماد النمذجة الحاسوبية، والتحليل المتقدم للعناصر المحدودة في الهندسة المدنية، مما أدى في النهاية إلى تحسين معايير التصميم.

بصفتها حجر الزاوية في هندسة الجسور، تستمر العوارض الصندوقية في التطور من خلال الابتكارات المادية وتقنيات التصميم الذكية. يعد مستقبلها بهياكل أكثر أمانًا واقتصادية ومصقولة من الناحية الجمالية لتلبية متطلبات البنية التحتية في الغد.