Im Tiefbau bezieht sich Balkenbiegung auf das Verhalten bestimmter Strukturelemente in einem physikalischen Entwurf. Ein Element kann als Balken angesehen werden, wenn es massiv und homogen ist und seine Länge ein Vielfaches seiner Höhe oder Breite beträgt. Die Hauptfunktion des Balkens besteht darin, einer Biegung zu widerstehen; dies steht im Gegensatz zu Strukturelementen, die hauptsächlich Zug-, Druck- oder Schubspannungen widerstehen. Die strukturellen Eigenschaften eines Balkens beim Biegen werden durch seine Abmessungen, Materialien und Querschnittsform bestimmt.
Ein einfaches Beispiel für das Biegen von Balken ist eine Brücke mit einem Auto darauf. Brücken haben oft Betonstraßen darüber, aber Beton ist im Allgemeinen nur druckfest. Eine lange Brücke neigt jedoch dazu, in der Mitte durchzuhängen, wo kein Boden vorhanden ist, um sie zu stützen. Dieses Durchhängen hat die Form eines Kreisbogens und tritt aufgrund der Art und Weise auf, wie die inneren Spannungen beim Biegen des Balkens verteilt werden. Um dieser Biegung zu widerstehen, wird normalerweise ein stärkerer Metallträger unter einer Straßenoberfläche platziert.
Die wichtigste Gleichung bei der Balkenbiegung ist die Euler-Bernoulli-Balkengleichung. Diese Gleichung setzt die Durchbiegung des Trägers in Beziehung zu den aufgebrachten Kräften, den Querschnittseigenschaften und den Materialeigenschaften des Trägers. Das Ausmaß der Durchbiegung beim Biegen des Trägers kann reduziert werden, indem die aufgebrachten Nettokräfte reduziert, der Querschnitt des Trägers neu geformt und ein stärkeres Material verwendet wird.
Bei einem horizontalen Träger mit nach unten gerichteten Kräften wird der obere Teil des Trägers tatsächlich komprimiert, während der untere Teil auf Zug gerät. In der Tat, je weiter unten das Material ist, desto mehr Spannung wird es erfahren. Es stellt sich heraus, dass bei einer gegebenen Gesamtmaterialmenge die Verstärkung der unteren und oberen Bereiche des Querschnitts der beste Weg ist, um den Balken stärker zu machen. Daher konstruieren Ingenieure Balken mit Materialkonzentration in den unteren und oberen Bereichen des Querschnitts.
Dies ist das Prinzip hinter der Konstruktion von I-Trägern oder Trägern mit Querschnitten, die dem Buchstaben „I“ ähneln. Es ist teuer, massereiche Balken herzustellen und zu transportieren, daher ist es wichtig, den Materialeinsatz zu minimieren. Im Querschnitt eines I-Trägers ist nur in Zwischenhöhen genug Material vorhanden, um den Träger als festes Stück zusammenzuhalten. Der Rest des Materials konzentriert sich am unteren und oberen Rand des Querschnitts, was dem Balken eine hohe Biegefestigkeit verleiht. Die Biegefestigkeit eines Balkens wird als Steifigkeit bezeichnet.