トラスブリッジがそのままあるのはなぜですか？

故郷の街を電車で走るだけで、上の写真のようなトラス橋が至る所に見えます。多数のバリエーションがありますが、最も一般的なデザインはこれのようです。しかし、なぜこのように特別に構築されているのでしょうか？

なぜそのようなデザインがおそらく強力なのかを直感的に見ることができますが、何らかの深い理由はありますか？物事の物理的な側面から可能な限り多くの答えを知りたいと思います。グーグルはあまり役に立ちませんでした。さまざまなバリエーションと多くの例に関する情報を見つけることができましたが、このデザインが特に人気を博している理由を実際にカバーしているものはありませんでした。

それはプラットトラスのように見えます。

これらのトラスには、外側の上部ノードから内部の下部ノードに向かう対角線があります（つまり、スパンの中心から最も遠いノードの上部の弦と、中心に最も近いノードの下部の弦に接続します） 。この設計は、対角線が張力を受け、垂直線が圧縮されていることを意味します。

もう1つの有名なデザインは、Allanトラスです。これは正反対です。対角線は内側の上部ノードから外側の下部ノードに行くため、対角線は圧縮され、垂直線は張力を受けます。

プラットトラスが鋼橋で非常に一般的である理由は、それがより経済的である傾向があるためです。これは、鋼が圧縮下よりも張力下でよりよく機能するためです。

張力下では、鋼は理論的に降伏応力に非常に近い動作をすることができます。ただし、圧縮下では、座屈のリスクがあります。

座屈は、降伏応力をはるかに下回る荷重で効果的に崩壊する圧縮下の細長い要素の動作です（古典的な「両端から定規を圧縮する」実験を考えてください）。ここでの「細長」とは、非常に長く、断面積が比較的小さい梁を意味します（Wikipediaの細長比のページを参照）。鉄骨の梁は細いことが多いため、（単純に押しつぶされるのではなく）圧縮下で座屈します。要素が長いほど、座屈応力が小さくなり、したがって、座屈に抵抗するために梁の断面積を大きくする必要があります。

したがって、プラットトラスでは、垂直線が圧縮され、対角線が張力を受けます。画像ではっきりとわかるように（またはジオメトリから派生）、対角線は垂直線よりも長くなっています。したがって、対角線の座屈荷重は垂直線よりも小さくなります。

そのため、アラントラスでは、長い対角線の断面が大きくなり、短い垂直線の断面が小さくなります。*

ただし、プラットトラスでは、長い対角線の断面積を小さくすることができ、垂直線の断面積を大きくすることができます。*

プラットトラスの利点は、材料がより効率的に使用される傾向があることです。短い要素を「犠牲にする」ことにより、長い要素ほど断面が小さくなります（したがって、軽量で安価になります）。これらの短い要素は、長い要素よりも座屈に抵抗するために小さな「アップグレード」を必要とするため、これは機能します。

_{*たとえば、「垂直線の断面積が大きくなる」などと言っても、垂直線の断面積が対角線の断面積よりも大きくなるわけではありません。座屈が問題にならなかった場合よりも大きくなるということだけです。}