為什麼橋樑要建成各種不同的樣子？

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梁橋、拱橋、斜拉橋、懸索橋及各種組合體系等等，人們不斷構建橋樑的不同結構形式，有哪些意義和作用？

橋樑工程一直很有魅力。

最近在研究拓撲優化，我就從拓撲優化的角度，看一下橋樑為什麼有不同的形式。

橋樑，我們可以看作是跨越河流/道路的一根梁，當跨越距離很小時，截面高度不需要很大就可以跨越，滿足各種要求。

梁式橋/桁架橋

當跨越距離變大時，為了滿足相同要求，梁的高度要變大，當我們使用鋼材時，可以用更少的材料滿足要求。於是在下圖這樣的支承方式下，通過拓撲優化，減少應變能密度較小的區域，保留較大的區域，可以得到一個剛桁架橋。

拱橋

當我們改變支承方式，主要支承區域下方兩個位置，再通過拓撲優化，可以得到一個類似的上承式拱橋。

當然，我們也可以改變區域的位置，如下圖，可以得到一個類似下承式拱橋。

斜拉橋

當橋的跨越距離更大時，增加梁的高度已經不可能了，只能在橋的中間加橋墩了，這個時候，我們可能得到一個類似的斜拉橋，由於我使用的材料是允許受壓的，因此會有壓桿產生。

以上反應的是不同的支承方式、不同的區域會有不同的拓撲優化結果。

三十輻，共一轂，當其無，有車之用。

埏埴以為器，當其無，有器之用。

鑿戶牖以為室，當其無，有室之用。

故有之以為利，無之以為用。

在結構設計中，「有」是為了創造有利傳力路徑，「無」是為了使傳力路徑上的材料最大限度的發揮作用。在歷史的長河中，可能建造了豐富的橋樑形式，能夠被保留下來的很少，而這些都是扛得住外界各種作用的，換句話說就是最優的，我們認識和研究的也就是被保存下來的這些形式。

好吧，就分享這麼多了。

居然第一次有自己的回答被編輯推薦，受寵若驚！按照編輯的建議，後期會慢慢把這個回答細化，潤色一下，力求圖文並茂！其實工作量挺大，個人時間也有限，以後慢慢在這個回答里完善吧，積少成多，自己也在不斷學習！

結構都是由基本構件組成的，基本構件的力學性能往往又是由材料性質決定的。從來沒有絕對完美的橋樑，只有在某種條件下最適合的橋樑，一種橋型的優點和缺點往往是並存的！在滿足安全性、適用性、耐久性、經濟性、與環境相協調、符合可持續發展理念等要求的前提下，在特定的條件下將某一類橋型發揚光大，同時從設計理念，施工工藝，專題研究等方面最大程度的克服該類橋型的缺陷。

下面從結構形式與材料兩方面討論一些主要的橋型：知乎上大神雲集，其實我都覺得自己沒什麼資格發表什麼言論，就算在這裡做個不能再簡陋的總結吧！因此這個回答的性質只是一些簡單的科普，不太涉及過於專業深入的科學問題，那些問題是知網，萬方，web of science，小木蟲，果殼網這些平台上才應該討論的事情！唯一的目的只是希望更多的人甚至不是土木圈子的人慢慢喜歡上橋樑，因此只介紹一些如今較為常見的橋樑，或者是比較吸引眼球的一些景觀異形橋樑！一些相對落後的橋型，如今已幾乎不用的結構，如懸臂樑橋、圬工拱橋、三鉸拱、兩鉸拱等等也不再贅述。

結構形式：

簡支梁橋

屬於靜定結構受力最簡單，不會因為各種因素產生結構次內力，一端設置固定鉸支座，另一端設置活動鉸支座。由於跨徑較小，容易做成標準化、
裝配化構件，製造、安裝都較方便，是一種採用最廣泛的梁橋。施工迅速簡便，所以特別適合城市裡的高架橋，也是高鐵客運專線行進線路上最常用的橋樑（圖1）。主要缺陷就是跨徑適用範圍小，當跨度較大時跨中彎矩迅速增大，需要進一步增大梁高，這就進一步增大了結構自重，反過來限制了跨徑的增長；如果強行選用高強度材料則大幅度提升造價，十分不經濟；每一跨之間有伸縮縫布置，行車不夠平順，伸縮縫時間久了也容易受雨水腐蝕，受車輛局部輪壓而加速損壞（所以發展出了簡支--橋面連續結構）。

圖1 客運專線上最常用的簡支梁橋

連續梁橋

屬於超靜定結構，在溫度變化、支座沉降、混凝土收縮應變等因素下結構會產生次內力。它在簡支梁的基礎上在支座支點處連續而形成的，通常有兩跨一聯、三跨一聯或多跨一聯，但當每聯跨數較多時，受混凝土收縮、溫度變化產生的縱向位移較大；當每聯跨數較多時，伸縮縫較多，影響行車平順性。結構整體剛度較好、動力性能好，利於高速行車。最顯著的力學特性是與簡支梁相比，恆載下支點處產生負彎矩，使得跨中正彎矩降低（圖2），因此連續梁通常做成變截面，跨中截面高度較小，可以減輕結構自重，因此可以提高跨度。主要缺陷是支點處的負彎矩會在梁頂面產生裂縫，在車輛荷載作用下進一步加速其開裂，影響結構耐久性，通常需要在此處配置較多的預應力鋼束。錢塘江二橋就是經典的連續梁橋（圖3）。

圖2 同等跨度簡支梁橋和連續梁橋彎矩圖對比

圖3 錢塘江二橋（連續梁）

連續剛構橋

屬於超靜定結構，在溫度變化、支座沉降、混凝土收縮應變等因素下結構會產生次內力。與連續梁不同的是在每跨之間不再設置支座，節省了安裝以及運營後期維修更換大型支座的費用，並且由於此類橋型墩梁固結，特別適合懸臂施工或懸臂澆築，也省去了懸臂施工中墩梁臨時固結的工序。需要注意的是，由於溫度變化、混凝土收縮等因素，連續剛構橋墩頂會產生較大水平位移，為減少水平位移在墩中產生的彎矩，通常採用水平剛度較小的雙肢薄壁墩。主要缺陷是結構次內力效應更加明顯，墩梁固結處的配筋構造較為複雜等。重慶石板坡長江大橋複線橋屬於連續剛構--連續梁混合結構的經典案例，主跨330m，梁橋跨度的世界之最（事實上，330m的主跨梁橋通常已經不是最合理的結構形式了，雙塔斜拉橋，其中主跨採用鋼箱梁/鋼桁梁，邊跨採用混凝土箱梁起壓重平衡作用，邊跨以外與梁式引橋相連，抑或是做成鋼管混凝土系桿拱橋、鋼桁架拱橋等結構類型按常理說是更為合理的方案），主跨採用較為創新的混合結構，其中108m鋼樑是其主要特色（兩端各有2.5m鋼--混凝土結合段，中間103m為鋼箱梁）、本橋施工技術難度極大，其中鋼箱梁重1400t，作業區位於川江主航道，水深流急，鋼箱梁需旋轉抬頭、平行上升、再恢復水平，這一弔裝方案為國內首次；且這座橋與旁邊的石板坡長江大橋橋型類似，交相輝映，形成一對「姊妹橋」（這也是業主選擇梁橋方案的重要原因）。此外，虎門輔航道橋也是連續剛構橋的優秀代表（圖5）。

圖4 重慶石板坡複線橋（鋼箱梁吊裝）

圖5 虎門輔航道橋（主跨270m）

對於連續剛構橋或者連續梁橋，橋墩的立面形狀還可以做成v形墩（圖6）或者斜腿形剛構墩（圖7），墩梁連接處的配筋是設計計算的要點！

圖6 v形墩剛構橋

圖7 斜腿剛構橋

拱橋

比如在西部山區山谷這種地形，山谷兩岸地基條件較好，中間山谷很深不易設置橋墩，拱橋幾乎就是最優選擇，比如北盤江拱橋，萬縣長江大橋，可以充分利用拱橋受壓性能好的特點，同時根據兩側道路、鐵路的高程決定採用上承式中承式還是下承式！

斜拉橋、懸索橋

長江上的主力橋型，由於通航的要求，採用小跨度梁橋已經不再現實，斜拉橋或者懸索橋幾乎成了必選方案，隨之帶來的問題就是技術難度加大，比如斜拉橋、懸索橋的柔性特徵決定其抗風性能成為設計中的關鍵問題，往往需要進行專題研究進行風洞試驗、水下基礎施工帶來的難度，還有包括斜拉橋懸臂拼裝的線形控制、穩定性問題，懸索橋主纜的線形控制等等。有的時候當設計荷載很大（比如公鐵兩用橋：武漢天興洲大橋，滬通大橋等等）更需要將結構的強度和剛度考慮好。

有的時候為了同時滿足某些要求，還要設計為上述基本結構中幾種橋型的組合！

這還只是從跨度一個方面說的，還有截面形式的問題，板式截面，箱形截面（最為常用，抗扭抗風性能都好，幾乎是大跨度橋樑的首選，做成扁平鋼箱梁還可以降低自重），桁架式截面（公鐵兩用橋比較常用）、組合截面（疊合梁、鋼箱梁+混凝土橋面板），這些都要在滿足使用用途的前提下進行設計計算，需要統籌規劃。

包括材料的選擇，施工方法的選擇，這些都和橋型息息相關，同樣跨度的梁橋，什麼時候用頂推，什麼時候懸拼，這些都和場地條件也有很大關聯（比如是否妨礙交通），拱橋中拱圈多採用鋼管混凝土、鋼管混凝土勁性骨架，因為這樣的材料組合可以通過套箍效應提高拱圈抗壓強度，鋼管內的混凝土對鋼管也起約束作用，防止其受壓後屈曲，鋼管在施工時先拼裝好可以作為內部混凝土的模板，便於澆築。

有。畢業一年多了，沒從事本專業的工作，都快還給老師了。

橋樑的分類形式有很多種，你題中說的分類是按照受力特點分類的。你問的問題很好，上學的時候有本書叫橋樑工程但是書中具體也沒有說為什麼會演化出這麼多橋樑形式，我說說自己的看法。

梁式橋，和拱橋一般都是小跨度橋樑，節約成本，建造過程也相對於簡單。拱橋是將橋上荷載轉化成橋墩台的豎向和水平荷載，在古代的時候拱橋相對於梁式橋美觀，承重也要好很多。

斜拉橋

世界上第一座斜拉橋出現於上世紀五十年代瑞典，也是現代大跨度橋樑出現最多的形式，將荷載通過斜拉索傳遞給索塔在傳遞給基礎。為什麼會出現斜拉橋呢？我的看法是主要還是因為這種形式能夠滿足大跨度橋樑的要求。

最後說說懸索橋，同樣懸索橋也是為了滿足大跨度出現的橋樑形式，懸索橋長度通常可達一公里以上。

既然要求大跨度那直接用斜拉橋不就好了嗎？為什麼用懸索橋呢？答案是，懸索橋的橋樑凈高很高，下面可以通航，通行大型的船舶。另外懸索橋在抗震方面的表現要優於斜拉橋，所以很多地震多發的地帶更喜歡用懸索橋。

至於剛構橋本質上也是梁式橋，只不過在建造速度和承重，及使用壽命上要優於普通混凝土梁式橋。

剛好在地鐵上無聊，時間軸上出現了這道題。而且看到有的答案講到了以前學生時代用的工具，強答一發吧。

先說結論：橋樑建成不同的樣子，首先因為要滿足其使用要求；在此基礎上滿足審美的要求。根據問題，答案應該是滿足使用要求。

橋樑的作用就是跨越、聯通，所謂天塹變通途是也。

有條小河，過不去怎麼辦？架個木板兒，架個石條，這大概是最原始的橋樑。

河比較寬，一個石條不夠怎麼辦？在和中間砌一個墩子，這就變成了兩跨梁橋。

河水湍急，或者河上還要過船怎麼辦？這就有了拱橋，趙州橋，或者清明上河圖中的木拱橋。

對跨越大江大河也有了進一步要求怎麼辦？隨著時代的發展，材料科學的進步，逐漸有了鑄鐵拱橋、懸索橋、斜拉橋，大型拱橋等系列結構。

至於斜拉、懸索、組合體系，要根據具體地質條件、跨徑需求等輸入條件，結合工程造價等進行綜合必選。

就結構體系而言，以上應該就是答案。

每種橋樑上部結構下部結構形式都有各自的優缺點和適用範圍，根據實際情況，比如地質情況，下穿河流，橋面高度，重車比例，荷載計算，線位其他橋樑形勢，當地吊車技術，業主要求等等來確定，選擇最經濟最實用的。

因為不同的地質、地理環境的不同，再加上為了達到的目標也不同。這還用問么...

推薦一個遊戲，ploy bridge，你就懂了，在有限的預算，以及特定的場景中，建造一座，既美觀承重又過關的橋，真的.很吃腦子

地質情況，經濟條件不同，還有與自然景觀的協調，這些都會造成多種橋樑類型的出現。

請時刻記住橋樑設計的五大原則：安全適用耐久美觀環保

尋求一個功能、景觀、造價最優解的答案。

反過來想一下，如果都一樣，那豈不是索然無味？跟衣服一樣吧，各種各樣的都有，美的丑的。

先Mark，有時間來補充。先上結論，根據不同使用環境（包括跨度，交通形式等）採用不同的結構形式，以實現預設的功能要求。

發展

不是太了解，但是存在即是合理。因地制宜，各種地質，施工條件迫使工程師不斷創新，並不是吃飽沒事幹。

源於人們對美和大跨的追求，這是人類與生俱來的。

因為我們能做到這麼多種類呀。
還有好多種類沒造出來呢，
相信我，這幫工程師可會玩了。