桥梁是不是都是凸起

桥梁是不是都是凸起，而没有凹下去的？修改

如图：桥修成这样是不是有问题？感觉桥应该是凸起来的，而不是凹成这样，但又确实是真有这样的桥，请问是不是有问题？为什么？修改

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22 个回答

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猪小宝，博士僧 | 一级注册结构工程师

陈冰若、PiXel one、wh xu 等人赞同

桥梁不光能凸起来，还能凹下去，还能既凸且凹……

这其中蕴含着一个很有趣的结构现象，就是结构形式在上下镜像之后，构件的轴力全部反向，原来受拉的改为受压，原来受压变作受拉。

就拿第一个“凸起来”的桥为例，简单的利用图解法分析一下受力情况。图中我用红色代表受拉，蓝色代表受压。
很明显，上弦杆受压，且越靠近支座，压力越大。下弦杆受拉，同样，越靠近支座，拉力越大。上弦杆、下弦杆之间的腹杆，竖向腹杆受拉，斜向腹杆受压，且受力都不大。

那凹下去的那种呢？又凹又凸的那种呢？
不难发现，凹下去的这个跟凸起来的这个完全对称，大小相同，拉压相反。而两者叠加而成的这个“又凹又凸”的则更奇妙，发现没有？把左侧这两个叠加起来，再除以二，刚刚好就是右边的这个内力图。

19世纪的英国著名工程师布鲁内尔，在英国广受爱戴，其艺术形象作为英国的象征而登上了伦敦奥运会的开幕式。布鲁内尔1859年设计的皇家阿尔伯特桥，就是一个“又凹又凸”的例子，只不过，上下弦不再是直线，而是平滑的曲线。这种优雅的结构形式，又被称作“鱼腹式”。

事实上，早在很久之前，人类就已经发现了“结构上下镜像之后轴力反向”这一现象。比如，初始条件相同的情况下，一条仅受压的拱和一条仅受拉的索是完全镜像的关系。拿一根铁链，让它自由下垂，形成的曲线叫做悬链线。把悬链线上下镜像一下，得到的就是一条近似的最优拱轴线。

在设计中把这一原理应用的得心应手的近代设计师，首屈一指的当属西班牙建筑大师高迪。在圣家族大教堂拱顶的设计中，他就是用悬链拱模型来推演几何构型的。
上图即为高迪的圣家族大教堂悬链拱模型，按照支座情况、近似模拟矢高条件做一个悬链模型，倒挂在天花板上。在地板上放一面镜子，镜子里看到的，就是大教堂的最佳拱轴线，也就是大教堂的结构合理造型。壮丽无比的圣家族大教堂，竟然是用这种巧妙的方式做的结构概念设计，让人禁不住要说一声 Eureka！

2013-05-16 18 条评论       

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Asdpotter，土木工程学徒

尹斯奇、王尧伟、Chace 等人赞同

关于力学的分析@猪小宝 前辈已经分析得很透彻了，就不班门弄斧了XD

正面回答下题主问题：
这座桥是真实存在的，是位于湖南的邵阳洞口淘金大桥，是中国大陆第一座跨径70米的上承式悬带桥。设计者是中国的桥梁工程师吴琦瑛。

这是他写的一篇题为《自锚上承式悬带桥的设计与施工》的论文，文中论及了设计桥的理念和实施步骤等等，有兴趣的可以去看看。

而这座桥修成这样不仅没有问题，而且还有很大的优点：

这种桥型，构思新颖，造型独特，受力明确，结构合理。它由桥面系连续T梁、端锚梁、立柱排架和主索悬带构成一个整体，各构件各自充分发挥其材料的特长，与同跨径其他桥型相比，用料省，结构轻，经济合理。

这种新型公路桥梁，由于加大了主索垂度，与牵索桥相比，它仅用较小的临时锚碇就能建成，同时免去了高塔架设施工的困难；主索包裹在混凝土中，养护费用较少，无换索之后顾；桥面无任何遮挡视线的构件，更无索面占用桥面净空，其视野开阔，有利于行车安全。

而世界上第一座上悬式悬带桥是由美籍华人林同炎大师在1972年设计的位于哥斯达黎加的里奥-科罗拉多大桥。

里奥-科罗拉多大桥的施工顺序图，更详细的请跳转从一座奇特的桥说开去

再补充几张相片

鸟瞰

这是在桥两端的悬带和桥面结合处，也是两个受力点之一。

这是一个峡谷，下面就是河水，如果桥墩一直到河底那长度可想而知。

桥志铭，上面写着桥的名字：淘金大桥，建于一九八八年，已经二十多年过去了，这桥还安然无恙。上面第一个人名，吴琦瑛，就是这座桥的设计者和项目指挥。



吴琦瑛写的关于设计桥的理念和实施步骤的论文：自锚上承式悬带桥的设计与施工
相片及部分资料引用自：从一座奇特的桥说开去

（吐槽下，LS几位炫耀初中物理的，这座不是凹面桥啊…桥面是平的车是在上面走的啊，凹下去的那个是吊板悬带啊…）

2013-05-17 24 条评论       

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牛辉，桥梁-城市-网络

kevin young、Miaime、Nothing Poison 等人赞同

感谢邀请。
从设计的角度来说，桥梁设计成什么样子都没有问题，只要保证结构的稳定性和承载能力满足要求即可。造型奇特、看上去不合理的桥并不鲜见，比如英国的蝴蝶拱桥，拱肋倾斜完全没有横向支撑；再比如同样在英国的千禧桥，主梁为弯梁，桥下不设桥墩，依靠倾斜拱肋提供承载力，且该桥在船只通过时可以依靠强大的动力系统旋转升起，因此也被成为眨眼桥；法国的米约大桥，桥面位于地面以上270余米左右的高度，桥塔高度更是达到370米以上，是如假包换的天路，在上面开车是需要点勇气的；中国的润扬大桥、卢浦大桥，都是在设计上很有挑战性的桥梁。还有一个奇特的，德国的马格德堡水桥，这座桥的结构相对较普通，但这座桥上通行的不是车辆，而是水和轮船，这座桥是专门为两条交汇的河流修建的。英国，贝德福德郡，Butterfly Bridge
（ http://www.fotolibra.com/gallery/366602/bedford-bridge/ ）
英国，盖茨黑德，Millennium Bridge
（ http://www.r-light.com/photo/show-136-1.html#p 、 http://dict.youdao.com/wiki/%E8%8B%B1%E5%9B%BD%E7%9B%96%E6%96%AF%E9%BB%91%E5%BE%B7%E5%8D%83%E7%A6%A7%E6%A1%A5/ ） 
法国，米约，塔恩河谷，Milau Bridge
（ http://baike.baidu.com/view/958422.htm ）中国，江苏，润扬大桥
（ http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%B6%A6%E6%89%AC%E9%95%BF%E6%B1%9F%E5%A4%A7%E6%A1%A5、http://baike.baidu.com/view/129709.htm ）中国，上海，卢浦大桥
（ http://baike.baidu.com/view/61604.htm ）德国，马格德堡， Magdeburg Water Bridge
（http://www.tumukeji.com/photoShow/63.html、http://baike.baidu.com/view/2470463.htm）
桥梁是最能将力与美结合的结构，不需要像建筑一样需要很多的修饰。所以桥梁在设计时多比较追求造型的奇特与美观，使其成为一个地方的地标与观光景点。因此，你所谓的凹下去的桥在造型设计上不是问题，相比较一般的拱桥而言也比较新颖。从受力的角度，水平的梁直接承受车辆与行人的重量，并通过竖杆传递至下面弧形的构件，这个是承受拉力的。这种受力体系也不是独创，本质上来说是一种张弦梁结构，但是不常见，像这样用在桥梁上也不多，因此被认为有问题也不奇怪。
这座桥要说有问题，可能会出在具体构件设计的合理性与施工上，但这就需要对图纸和现场进行分析和勘测后才能进行判断了。

2012-08-18 24 条评论       

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叶水枫，桥梁/猫

徐腾飞、比例力、李旭光 等人赞同

前面各位讲的都是对的，也有一定道理，但是没有回答LZ的问题。
LZ的问题本质是：1、这种桥在结构上是否合理？2、如果不合理为何还存在？

先讲一下背景知识：
*荷载*
桥主要承受两种荷载：恒载和活载。
恒载一般指结构的自重，活载一般指车辆的重量（对于大桥还有风，这里不做讨论）
*桥型*
这里介绍两种桥型：吊杆拱桥（参考前述卢浦大桥照片），悬索桥（参考前述润扬大桥照片）。
这两种桥型，在结构受力上实际是很相似的。
拱桥的主要受力构件是拱，荷载是按照“桥面-吊杆-主拱”这样的传递路线最终传递给主拱承受的；同样，悬索桥的主要受力构件是缆， 荷载是按照“桥面-吊杆-主缆”这样的传递路线最终传递给主缆。 
两者的不同是：拱是承受压力的，缆是承受拉力的。这个小小的不同之处对设计有着巨大的影响。

1、下面来回答LZ的第一个问题， 这种桥在结构上是否合理？
这种桥，本质上就是把悬索桥的相对柔软的主缆换成了相对硬质的材料，至于这玩意在上在下纯粹看哪里有空间。 
首先分析恒载：
恒载的特点就是恒定不变，那么一个构件在承受固定不变的力的情况下，不管受拉还是受压，其实只要截面够大，材料强度足够，都是可以的。
因此在恒载作用下，这种桥型是完全合理的；
再分析活载：
活载的特点是大小和分布会变化，传递到主要受力构件上就是大小和方向会变化。
在大小和方向不断发生变化的情况下，受压的构件依然是越粗硬越好，但是受拉的东西却变成了越柔韧越好（请想象筷子和绳子哪个更能承受不断变化方向的拉力）。
因此在活载作用下，这种桥型是不太合理的。

2、下面回答楼主的第二个问题， 如果不合理为何还存在？ 
正如我上面所说，这种桥在受力上分析是适合恒载而不适合活载的；从价格上分析的话，有可能比用高强钢丝的悬索桥更为便宜（未做分析，仅仅是可能）。
那么，如果我们假设一条河其实没什么车要过，那个地方的政府又比较穷，那它的存在也便有了合理性。
这也是为什么上一问中我只说不太合理而非不合理。


当然这里是忽略了很多因素纯粹是从理论上分析的结果，如果考虑到实际情况便会有更多不同的结果：
1、如考虑材料的话，由于混凝土抗拉能力比抗压差10倍，因此如果该桥是钢筋混凝土桥，那这种用钢混来承受拉力的结构是完完全全不合理的
2、如果当地领导喜欢这种桥型的话，那么顾客是上帝，顾客的要求便是合理的要求

2012-11-04 2 条评论       

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Yifei，古代人

这就是一个beam bridge吧

2012-08-18 17 条评论       

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yukirock，打出一副杠的男人

吴木马、Ivony、操晓峰 等人赞同

应该没问题。

你说的「凸起来」的应该就是最常见的拱桥了，拱桥结构的确经典耐用，但是也不是唯一的选择。图中这种桥我不确定学名叫什么（大概是反拱桥？），不过在受力时桥面的重量通过支撑传递到下面的反拱上，反拱只要能承受一定的拉力这个结构就是稳定的。

目测这个桥所在的地方交通流量也不是很大所以问题不大。但是这种反拱会大幅拉低桥下的净高所以不实用。考虑到行船需要，黄浦江上的几个桥自南向北净高是越来越高的，不过修成隧道就没这个问题了。不过桥面看起来不平啊是照片的问题么。

我以前曾经用吸管和牙签制作过简陋的桥梁模型，用类似的反拱结构也算比较不错的解决方案。

Android 上有个游戏 X Construct，通过选择材料建造桥梁让火车通过，如果可以的话你可以在这个游戏中仿造类似的桥来实验。

2012-08-18 5 条评论       

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李智，雄性；桥梁；新疆人；动漫，健美，篮球，…

想修成什么样都行啊，只要安全实用美观就好了。
提问中图片的桥面看着也是略微上拱的啊；吊桥什么的一般都是下凹的；还有悬索桥和斜拉桥桥面一般都是略微上凸的，但如果要看主悬索和斜拉索构成的形状的话，就是下凹的；一般预应力混凝土梁桥的预应力钢束在跨中的布置形状，也是下凹的。
所以建成的桥是上凸还是下凹应该是观察的角度不同所产生的。

从受力方面考虑的话，要利用材料抗拉性能，比如斜拉桥、悬索桥以及吊桥的缆索；要利用材料的抗压性能，比如拱桥，尤其是圬工拱桥，可以认为其主要受力构件时上凸的；要同时利用材料的抗压和抗拉性能，就像大多数梁桥，利用混凝土抗压和钢筋、预应力钢绞线抗拉，可以认为主要受力构件整体是平的，既不上凸也不下凹。

2012-09-20 添加评论       

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匿名用户

您说的是吊桥吗？

2013-05-15 添加评论       

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宋瑞成，现在还是学生，喜欢看书听歌，

好混乱个感觉啊，拱圆只要把桥面所受的荷载传递到桥台桥墩上即可，拱圆在上面的时候，拱圆内受压力来平衡桥梁上的荷载作用，拱圆在下面，拱圆内部受拉来平衡，恩，就这些吧，自己想的，不对望见谅，

2013-05-24 添加评论       

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潘腾兵

桥梁只要符合力学原理，凹下的应该都可以，不过需要架桥梁的地方，大多都是河流，桥梁下面都有船只等其他交通工具经过，而凹下的设计势必会妨碍桥梁下面的通行，所以我们常见的都是没有侵占桥梁下面空间的设计。

2013-05-24 添加评论       

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张阿山，工程师

湖南洞口淘金桥——洞口淘金桥位于湖南省洞口县距县城15km的淘金村。该桥跨越渍水上游古楼河的木鱼塘峡谷，是一座自锚上承式悬带桥。桥长74m，设计跨径70m，矢跨比1/9，桥面宽4.5m 。该桥上部结构由端锚梁、连续T梁、盖梁排架和主索悬带组成。桥面系作为受压构件用来平衡悬带的拉力。在施工阶段需要设置临时的隧洞式岩石锚碇，用以锚固两组由48根Φ5钢丝组成的主索。在预制悬带槽形底板安装完成后，现浇主柱排架，然后安装T梁和现浇横隔板。在浇注悬带槽内的混凝土后再放松外锚使整个结构形成自锚体系。于1989年1月建成通车。
主索悬带是主受力构件，整桥的竖向荷载由预应力索承担，也充分发挥了钢材的抗拉能力;桥面梁板结构既用于通车，又作为受压构件平衡拱的水平力（绝对的“一石二鸟”），也充分发挥了混凝土的抗压能力；中间的主柱排架作为次结构，以减少跨度——整个结构自身锚固平衡，所有材料无一点浪费。它与正常的系杆拱桥相比：第一，省材料，正常拱产生的是水平推力，只能用受拉构件来平衡；而上承式悬带桥是倒拱，产生的是水平压力，桥面可以直接作为压杆来平衡，节省了一组受力构件；第二，施工方便，上承式悬带桥自下而上施工，悬带可以直接作为主柱排架和桥面梁板的施工平台，不需要另外支设脚手架；第三，外形更美观，整个桥就是一张露齿的笑脸（哈哈，瞎掰了）。

淘金桥的设计者是吴琦瑛，网上关于他的报道很少，我还是在洞口县的官方网站把他挖出拉的。看了那篇对于他的长编报道，让我思考了更多的问题：什么才叫一个真正的结构工程师，考个注册就够了么？工程师的技术是干嘛用的，为自己谋私利还是为人们谋福利？
“吴琦瑛，男，汉族，洞口县高沙镇人。 1940年8月山生，原初中文化，中共党员。1956年4月参加工作，先后从事水利、公路、桥梁等专业技术工作，高级工程师。从1979年至1992年2月连任湖南公路学会3届理事。吴奋发自学，刻苦实践，求实创新，开拓进取。共设计、施工大、中整桥梁23座，总长2434延米。与由国家包干勘测、设计与施工所完成的同跨径、长度相比，节约钢材78%，节约木材79%，节约投资60%。1974年建成我国时为最大波跨7米的石砌双曲拱桥—湛田桥；1978年建成净垮87米的石砌单波双曲拱桥—平溪江大桥；1980年建成净跨70米的单室箱型拱—龙井桥，此桥与木瓜桥均被1982年亚洲太平洋地区农村道路交流会上列为推广桥型。1986年运用转体施工工艺建成净跨90米单式程型拱—石背大桥。1989年建成全国第一座跨径70米上承式悬带桥—淘金大桥。1993年建成净跨100米X型双肋中承式拱桥—高沙大桥。吴还先后撰写论文28篇，发表在《公路运输技术》、《桥梁建设》、《中南公路工程》、《湖南公路》及<<湖南交通科技>>等刊物上。1987年，交通部授予“双文明标兵”称号。同年l0月，出席中共第十三次全国代表大会。1989年，湖南省人民改府授予“特等劳动模范”，同年9月，国务院援予“全国先进工作者”称号。1991年9月，全国总工会授予“全国自学成才者”称号。1993年元月起，享受国家政府特殊津贴。”

上面是邵阳市网站上吴的简介。他只有初中文凭，却自学成才；他没有任何辅助软件，全部用的概念设计；他的整个设计理念就是如何用最少的钱建最使用的桥。对比我们现在，一个几层的砖混都恨不得pkpm建模计算；哪个构件受力稍大点就加大截面增加配筋；只要有回扣拿，设计的施工工作量可以一加再加......96年通车的武汉长江二桥，建成时顶着几个国内国际领先的光环，现在呢，武汉市政府刚刚拿八千多万出来对二桥进行全面维修，我们的技术究竟是在进步还是退步？

2013-05-25 添加评论       

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王尧伟，仁者见仁智者见智

只要是符合力学构造的就可以，符合力学就能保证安全性，各型各色的设计前提就是安全，只要安全怎样奇葩都可以（当然还得也不能太奇葩，一切都得从实际出发考虑），就比如布鲁内尔设计的这个桥，看起来很奇葩，但是一直用到了今天，不得不佩服。

2013-10-02 添加评论       

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李其林，大学教师，长期关注互联网和高等教育的发…

熊雍程、孙远 赞同

经考证，该桥为湖南省洞口县淘金桥。该桥是桥梁设计中的极品，拉索的水平分力由梁体本身抗压来平衡，无需锚固，没有桥墩，材料毫无浪费——真的极品！

2013-01-05 1 条评论       

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李蒋琦

拉力和支撑力，凹下去的桥寿命应该没凸起来的长吧

2013-05-25 添加评论       

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陈缘石

高中的圆周运动，最近在复习，凸的容易平抛，凹的容易爆胎，极限思想

2013-10-02 添加评论       

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黄玄尧

我没记错的话，老师说这桥后来成了危桥，再也没通车了。

2013-05-24 添加评论       

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雨轩，两个人的守望http://www.life2in1.net/

只要想一下溜索，就知道在这个案例中，综合合方面来评判，其实是没有问题的。

2012-08-18 添加评论       

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吕建明，Hydraulic engineer

吴木马、姚宁 赞同

“凸”型桥桥面材料主要受压应力， “凹”型桥桥面材料主要受拉应力，一般的桥面材料如钢材、水泥等的抗压能力强于抗拉能力。溜索和石块拱顶是两个极端的例子，绳索只能受拉应力所以溜索是 “凹”型的，石块衔接处很难承受拉应力只能采用 “凸”型结构。

2012-08-18 10 条评论       

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施早，桥梁设计，钟爱2次元

吴木马 赞同

不用说那么复杂，这就是一个另类的悬索桥，普通的悬索桥通过桥面承受车载，然后将车载和桥梁上部结构恒载通过吊杆传递到主缆上，图中的桥，只不过换种方式，将车载和恒载往下传递，传力构件也变为墩柱，传递到下方的板上。两者本质上的共同点就在于，主缆和图中的板带都是受拉构件，这就区别于拱桥了，拱桥的拱肋是受压构件。所以你所提到的凸凹问题，其实拱桥和悬索桥是两个截然不同的桥型，途中的桥梁受力没有不合理性，关键就在于具体一些结构的处理可能不够常规，给施工造成平白的麻烦，技术肯定也不够成熟，所以比较少见~

2012-09-18 3 条评论       

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珞嘉，苹果爱好者，老绘图员

从受力上考虑当然是凸起来。凸起来车在上面走形成的离心力是向上的，也就是说行车负载会小于车辆静止时的重量，反之离心力就会向下，对桥负荷就会大于车辆静止重量，车开得越快这种效果越明显，你会怎样设计?再看图中的桥，交通轨迹貌似在上层，并非下层的桁架结构，所以并非真正的凹桥。

2012-08-18 4 条评论       

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Sabrina Z，会计专业 果粉 美容达人 吃货

中学物理讲过这个问题啊 拱形桥承重能力要比凹下去的大得多

2012-08-19 添加评论       

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冬九月，突然开始喜欢匿名了

手机平台有款游戏叫桥梁建造者 那个也是只要符合力学原理 什么桥都有 难度很高 可以挑战试一试

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/2e374b4d48649b6648d7c1c708a1284ac9500501.html