تصور کنید پل‌های باشکوهی را که رودخانه‌ها، دریاچه‌ها و دریاها را در بر می‌گیرند - چگونه در برابر آب و هوای بی‌امان مقاومت می‌کنند و در عین حال ترافیک بی‌پایان را تحمل می‌کنند؟ پاسخ اغلب در طرح‌های داخلی پیچیده آن‌ها نهفته است، جایی که تیرهای جعبه‌ای نقش ضروری را به عنوان ستون فقرات ساختاری ایفا می‌کنند و بی‌صدا از شبکه‌های حمل و نقل حیاتی محافظت می‌کنند.

تیرهای جعبه‌ای که به آن‌ها تیرهای لوله‌ای یا تیرهای جعبه‌ای نیز می‌گویند، دارای مقطع عرضی لوله‌ای بسته چند دیواره هستند. بر خلاف تیرهای I یا تیرهای H معمولی، شکل محصور آن‌ها مقاومت پیچشی بالاتری را ارائه می‌دهد. تیرهای جعبه‌ای که در اصل از آهن آهنگری پرچ شده در طول انقلاب صنعتی ساخته شده بودند، اکنون از فولاد نورد/جوش داده شده، اکستروژن‌های آلومینیومی و بتن پیش‌تنیده استفاده می‌کنند - که کاربردهای آن‌ها را از طریق پیشرفت‌های علم مواد گسترش می‌دهد.

نقطه قوت تعیین‌کننده تیر جعبه‌ای در عملکرد پیچشی استثنایی آن نهفته است. پل‌ها اغلب با نیروهای پیچشی ناشی از بارهای نامتقارن وسایل نقلیه یا فشار باد مواجه می‌شوند - چالش‌هایی که ساختار بسته به طور موثر در برابر آن‌ها مقاومت می‌کند. علاوه بر این، چندین تار، ظرفیت بار بالاتری را نسبت به تیرهای I با ارتفاع مساوی امکان‌پذیر می‌کنند، اگرچه با استفاده از مواد بیشتر. مهندسی مدرن این را از طریق طرح‌های بهینه شده متعادل می‌کند و تیرهای I بلندتر و سبک‌تری ایجاد می‌کند که نشان‌دهنده مبادله حیاتی بین عملکرد و کارایی هزینه است.

تمایزات نام‌گذاری، تغییرات ساختاری را منعکس می‌کند. مقاطع عرضی مستطیلی معمولاً عنوان «تیر جعبه‌ای» را به دست می‌آورند، در حالی که آن‌هایی که محتویات داخلی را حمل می‌کنند (مانند راه‌آهن پل بریتانیا) «تیرهای لوله‌ای» نامیده می‌شوند. مقاطع دایره‌ای/بیضی (به عنوان مثال، پل رویال آلبرت) نیز در زیر تیرهای لوله‌ای قرار می‌گیرند. تیرهای جعبه‌ای بزرگ با دیوارهای داخلی متعدد که محفظه‌هایی را تشکیل می‌دهند، «تیرهای سلولی» نامیده می‌شوند که سازگاری طراحی را به نمایش می‌گذارند.

چارچوب نظری برای تیرهای جعبه‌ای از تحقیقات مهندس سر ویلیام فیربرن و ریاضیدان ایتون هاجکینسون در دهه 1830 در مورد بهینه‌سازی صفحات آهنی پرچ شده ناشی شد. کار آن‌ها اصولی را ایجاد کرد که هنوز هم امروزه مرتبط است.

تحت بارهای استاتیکی، تیرهای معمولی در یک تار فشرده‌سازی و در تار دیگر کشش را تجربه می‌کنند. جرثقیل‌های اولیه فیربرن ساختارهای سلولی را روی سطوح فشرده‌سازی قرار می‌دادند تا از کمانش جلوگیری شود. این بازوهای منحنی و مخروطی - ساخته شده از صفحات آهنی پرچ شده - دارای سه محفظه لانه زنبوری داخلی در طرف مقعر خود برای افزایش استحکام بودند.

هنگامی که برای پل‌ها (بارگذاری شده در مرکز به جای بارگذاری شده در انتها مانند جرثقیل‌ها) تطبیق داده شد، فشرده‌سازی به تار بالایی منتقل می‌شود و نیاز به تقویت سلولی در آنجا دارد. بارهای دینامیکی (باد، ترافیک در حال حرکت) ممکن است نیاز به تقویت دو طرفه داشته باشند، همانطور که در بخش‌های حفظ شده پل بریتانیا دیده می‌شود. قابل توجه است، فیربرن روشن کرد که سلول‌های فلنج پایینی به جای الزامات بار، به چالش‌های عملی ساخت پاسخ می‌دهند - پیش‌درآمدی برای تجزیه و تحلیل المان محدود مدرن که از قابلیت‌های محاسباتی قرن نوزدهم فراتر رفت.

نوآوری‌های فیربرن با راه‌آهن‌هایی که به دهانه‌های طولانی‌تری نیاز داشتند، همزمان شد. رابرت استفنسون او و هاجکینسون را به عنوان مشاور برای پل‌های لوله‌ای بریتانیا و کانوی استخدام کرد، در حالی که برونل از لوله‌های دایره‌ای دوقلو برای خرپای چپس‌تو استفاده کرد. اگرچه پل‌های ریلی دهه 1860 طرح‌های لوله‌ای را ترجیح می‌دادند، اما بنجامین بیکر بعداً از «تیرهای جعبه‌ای با صفحات وب» به عنوان زیر بهینه برای دهانه‌های طولانی انتقاد کرد. کاربردهای مدرن به سمت مقاطع مستطیلی کم‌عمق برای پل‌های بزرگراهی مانند پل سورن تغییر یافت و صرفه‌جویی قابل توجهی در وزن نسبت به طرح‌های خرپایی عمیق (به عنوان مثال، پل گلدن گیت) ارائه کرد.

دهه 1970 شاهد چندین فروپاشی فاجعه‌بار در طول ساخت پل‌های تیر جعبه‌ای بود - از جمله پل کلدو (ولز)، پل وست گیت (استرالیا) و پل کوبلنز (آلمان). این تراژدی‌ها باعث بررسی‌های ایمنی دقیق، تسریع در پذیرش مدل‌سازی کامپیوتری و پیشرفت تجزیه و تحلیل المان محدود در مهندسی عمران شد و در نهایت استانداردهای طراحی را بهبود بخشید.

به عنوان سنگ بنای مهندسی پل، تیرهای جعبه‌ای همچنان از طریق نوآوری‌های مواد و فناوری‌های طراحی هوشمند در حال تکامل هستند. آینده آن‌ها ساختارهای ایمن‌تر، اقتصادی‌تر و از نظر زیبایی‌شناختی پالایش‌شده‌تری را برای پاسخگویی به نیازهای زیرساختی فردا نوید می‌دهد.