桥梁为何多设计成拱形？不仅是美观，还蕴含力学原理

桥梁的主要受力是来自桥面的荷载重量及自身重量，这些力量都是垂直向下的。为了更好地承受这些力量，桥梁设计者们开始考虑如何将垂直受力转移到横向的桥墩或岸边的地面。这样做不仅可以加宽桥梁下面的通道宽度，减少桥墩数量，还能增加桥梁的坚固度。因此，大多数桥梁被设计成拱形。

桥梁是日常生活中常见的建筑，它们跨越江河湖海，为人们提供便利的交通。这些桥梁不仅种类繁多，按用途可以分为铁路桥、公路桥、公铁两用桥、人行桥等，而且按跨越障碍可以分为跨河桥、跨谷桥、跨线桥等。

细心观察的人会发现，大部分桥梁都有一个共同的特征——它们是拱形的。这是为什么呢？设计成拱形的桥梁是否真的比凹形桥更优呢？

其实，设计桥梁成拱形的原因不仅仅是为了美观。实际上，拱形桥梁的设计与力学原理紧密相关。当汽车经过拱形桥时，向心加速度产生的向心力F会使自身重力mg与支撑力N1的合力向下，即支撑力小于重力，因此拱形桥更加耐重。相比之下，凹形桥的支撑力大于重力，因此凹形桥的耐重能力较弱。

1、球形的形状比任何形状都坚固。因为球形的任何一个地方受力，力都可以向四周均匀地分散开来。这也是为什么我们生活中常见的巨大的贮油罐要做成球形的原因。同样地，灯泡虽然是由易碎的玻璃制成，但因为它是球形的，所以相对比较坚固。

同样地，拱形也是若干个拱形的组合，因此拱形也具有此特点。这也是为什么桥要设计成拱形的原因了，因为它更坚固，可以使受力分散，进而桥体的承重力加大。

我国拱形桥的代表是坐落在河北省赵县洨河上的赵州桥。这座桥建于隋代，距今已有约1400年的历史，由著名匠师李春设计和建造，是当今世界上现存最早、保存最完善的古代石拱桥。