Bjælke (konstruktion)
Internt er bjælker, der er udsat for belastninger, som ikke inducerer torsion eller aksialbelastning, udsat for tryk-, træk- og forskydningsspændinger som følge af de påførte belastninger. Typisk reduceres bjælkens oprindelige længde under tyngdekraftbelastning en smule for at omslutte en bue med mindre radius i toppen af bjælken, hvilket resulterer i kompression, mens den samme oprindelige bjælkelængde i bunden af bjælken strækkes en smule for at omslutte en bue med større radius og således er under spænding. Deformationsformer, hvor bjælkens overside er under kompression, f.eks. under en lodret belastning, er kendt som “sagging modes”, og hvor toppen er under spænding, f.eks. over en støtte, er kendt som “hogging”. Den samme oprindelige længde af bjælkens midte, som regel halvvejs mellem top og bund, er den samme som den radiale bøjningsbue, og den er således hverken under tryk eller spænding og definerer den neutrale akse (stiplet linje i bjælkefiguren). Over understøtningerne er bjælken udsat for forskydningsspænding. Der findes nogle bjælker af armeret beton, hvor betonen udelukkende er under tryk, og hvor trækkræfterne optages af stålspændinger. Disse bjælker kaldes forspændte betonbjælker og er fremstillet til at frembringe et tryk, der er større end det forventede træk under belastningsbetingelserne. Stålspændinger med høj styrke strækkes, mens bjælken støbes over dem. Når betonen er hærdet, løsnes spændetrådene langsomt, og bjælken er straks under excentrisk aksial belastning. Denne excentriske belastning skaber et indre moment og øger til gengæld bjælkens momentbærende kapacitet. De anvendes almindeligvis på motorvejsbroer.
Det primære værktøj til strukturel analyse af bjælker er Euler-Bernoulli-bjælkeligningen. Denne ligning beskriver nøjagtigt den elastiske opførsel af slanke bjælker, hvor tværsnitsdimensionerne er små i forhold til bjælkens længde. For bjælker, der ikke er slanke, er det nødvendigt at anvende en anden teori for at tage højde for deformationen som følge af forskydningskræfter og, i dynamiske tilfælde, den roterende inerti. Den her anvendte bjælkeformulering er Timoshenkos, og sammenlignende eksempler kan findes i NAFEMS Benchmark Challenge nummer 7. Andre matematiske metoder til bestemmelse af bjælkers deformation omfatter “metoden med virtuelt arbejde” og “hældningsdeformationsmetoden”. Ingeniører er interesserede i at bestemme udbøjninger, fordi bjælken kan være i direkte kontakt med et sprødt materiale som f.eks. glas. Bjælkeudbøjninger minimeres også af æstetiske årsager. En synligt nedhængende bjælke, selv om den er konstruktivt sikker, er uskøn og bør undgås. En stivere bjælke (højt elasticitetsmodul og/eller en bjælke med et højere andet arealmoment) skaber mindre udbøjning.
Matematiske metoder til bestemmelse af bjælkekræfterne (bjælkens indre kræfter og de kræfter, der påføres bjælkeunderlaget) omfatter “momentfordelingsmetoden”, kraft- eller fleksibilitetsmetoden og den direkte stivhedsmetode.