桥梁结构
桥梁起源
第一座人工桥梁是由横架在河流上的树干或者平石而形成的。毫无疑问，它比基督的诞生还要早几千年建成。甚至在此之前，古人一定惊讶于，在Ardeche会有跨度为194英尺、高度为111英尺的Pont d’Arc这样的天然拱桥横跨河流。但是随着时间的流逝，一些先驱者将两块石头横跨狭窄的小溪并堵在一起形成倒置的“V”形，从而建成了第一座拱桥。
据degrand所言，有所记载的最早的桥是在大约公元前2650年，由埃及的第一任国王Menes在尼罗河上修建的，但是没有更多的细节描述。Diodorus Siculus提供了另外一座5个世纪后建成的桥梁的详细资料，它是由巴比伦皇后Semiramis在幼发拉底河上建成的。Herodotus将这座桥视为女王统治Nitocris5个世纪的原因。首先，河流在经过城市时转向流入一个人工湖，使桥墩可以修建在干燥的河床上。桥墩的石头采用铁条焊接在一起。甲板是由不低于30英尺宽的木材、雪松、松柏、棕榈修建的，部分甲板是可移动的，每晚拿掉用来防止土匪。当桥建成后，河水再被引回到原来的河道。因此今天还存在一些记录，多少是真实的，多少是随着时间的流逝使我们永远不知道的，但毫无疑问，在4000年前的巴比伦有一座不同寻常的桥。
桥梁类型
我们只能推测这些起源。我们知道古代的吊桥是用扭曲的藤蔓绑在峡谷两侧的树干上形成的，就像一张充满危险的悬挂着的蜘蛛网。但是桥梁型式什么时候得到发展，或者第一座桥是什么型式的，我们都不能肯定。我们只知道三种桥梁类型：板梁桥（在河流上架设一根树干）、拱桥、吊桥，它们在有所记载的早期就开始被建造了。最常见的板梁桥被称为跨桥，如果两个或者更多的梁相连修建在桥墩上就会连在一起形成跨桥，或者是修建成悬臂桥。然而，他们仅是不同类型的板梁桥而已，并不是其他类型的桥梁。改变梁、拱、悬架这三种型式并使其相互结合来共同适应建筑物结构的受力要求，数年来，建筑材料已经越来越普及，涉及到木材、石头，人工材料如砖、水泥、铁和钢材。 板梁桥
一个简单的单跨桥可能是钢结构（可能是板梁），钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土。一个钢结构简支桥梁的最大跨度通常约为100英尺（虽然更成长跨度的桥梁已经建成）。然而，当跨度很大时，通常采用连续梁。在德国有一个中央跨度为354英尺、边跨为295英尺的板梁桥。
对于约150英尺的支墩之间的梁，通常采用桁架，并且钢材是必不可少的。1917年，在伊利诺斯州的俄亥俄河上修建了一座跨度为720英尺的简支桥。 无论有没有悬跨，悬臂桥的布置原则就是在桥墩建成后，在桥墩上架设桥梁。两个桥墩之间的部分称为悬跨，通常是先放在一个预制单元，再架在适当位置。因此，这种型式的桥梁是从悬臂的两端用两条锚固的悬臂来支撑桥梁的。桥墩中间的弯矩和剪力最大，在这些位置通常要求桥墩埋设的更深。
当桥的跨度很大时，就要求桥要有更好的强度，悬臂桥通常采用钢桁架结构（桁梁）。这种型式可以使桥墩间的跨度达到约1800英尺。尽管这座桥看起来像是拱桥，事实上它是双悬臂桁架梁。我们会注意到悬臂桥上的最高强度设计在主墩处，因为这些地方可能有最大应力产生。
拱桥
对于拱桥，拱是最主要的结构，其作用是将施加在桥上的荷载传递到桥基上。在拱圈上有一部分用来修建道路或铁路，这部分结构的要求比拱顶高，称之为拱肩。
由于钢材和钢筋混凝土可以承受拉应力，因此拱圈的厚度可以比砖石结构的拱圈厚度要薄很多。桥梁的拱肩往往也采用钢结构，因为它也是桥的一部分，这里的道路由结构拱上的悬吊管所支撑。
另外一种拱桥是stiffened tie darch，通常我们称为弓弦梁。对于一个弓箭，弦可以防止弓被压扁。类似地，支撑道路的水平梁做得足够结实用来吸收拱推力，从而使作用在桥墩和桥基上的力是垂直的。 吊桥
当跨度很大，大约2000英尺或者更多时，吊桥是最经济的，但是它们当然也可以用于较小的跨度。通常有一个中间跨度和两边跨度，跨过支撑桥墩的锚索被锚固在隧道上，或者通过其他方式。由于每个桥墩上都有锚索，所以桥墩上的荷载几乎是完全垂直的。道路通过垂直的悬吊管从倾斜的锚索上悬吊下来。
所有的桥梁的设计任务可以归为四个方面：规划，桥型选择，材料选择和受力分析。 桥梁设计
在设计和建造大跨度桥梁时，结构的巨大重量，动荷载如机车或汽车的动态效应，风压力的影响，这些都会引起很多问题，解决这些问题需要大量的知识和智慧。这些问题中并非最不重要的才涉及到基础的建设，特别是当这些大桥都必须被建在河床上时。 规划
大跨度桥梁建设是一项了不起的成就，在桥梁建设史上发生了许多人文的，浪漫的，甚至悲惨的故事。建造一座现代大桥前的第一步就是进行综合研究以确定该桥是否是必需的。例如美国，如果要建一座公路桥，则由国家的桥梁管理局发起规划研究，也可能与当地政府或联邦政府合作。通过研究来估计桥梁的交通量，缓解附近公路网的交通堵塞，评估对区域经济的影响，以及桥梁的成本。考虑项目融资的手段，如公共税收或由养路费偿还收益公债券。如果研究决定项目继续进行，在选定的桥址处需要获得所需的土地和建桥方法。此时，现场工程的工作已启动。并已经做了精确的土地测量。详细研究了潮汐，洪水情况，潮流和其他的航道特性。在陆地上和水下可能的基础位置钻孔取一些土样和岩石样本。 桥型选择
决定一座桥的种类是板梁桥，悬臂桥，桁架桥，拱桥，吊桥或者其它种类的主要因素有以下几点：（1）桥的位置，比如，跨越河流（2）桥的用途，比如用于通行车辆 （3）桥的跨长 （4）可用材料的强度 （5）成本 （6）地理位置的美观和谐。
每一种类型的桥只能在一定范围的跨长内才会保证桥的效用和经济实惠的最大化。
在各种类型的桥中，其适用性的范围也有许多相同之处，在某些地区的桥梁设计中，为了设计的终选方案有一个更好的基础，往往会准备好几种不同的初始设计方案以供选择。 材料选择
桥梁设计师们可以选择许多现代的高强度材料，包括混凝土，钢，以及各种
各样的防腐蚀的合金钢。
以Verrazano-Narrows大桥为例，该桥的设计师至少使用了7种不同的合金钢，其中任意一种钢的屈服强度都达到了50,000磅/平方英寸(351.5MPa)，而且不需要在它的表面进行喷漆保护，因为它的表面有氧化物涂层来防止腐蚀。设计师们同样可以为吊索选择抗拉强度为250,000磅/平方英寸(1,757.7MPa)的钢丝。
现在，抗压强度为8,000磅/平方英寸(56.25MPa)的混凝土可运用在桥梁上，通过添加特殊的化学制剂和控制硬化过程，可以获得很高的抵抗剥落和风化的耐久性。预应力混凝土和加钢筋的混凝土有250,000磅/平方英寸(1,757.7MPa)的抗拉强度。
其他有用的桥梁材料包括铝合金和木材。现在的结构铝合金有超过40,000磅/平方英寸(281.2MPa)的屈服强度。粘在一起的复合夹板做成的梁是天然木材强度的两倍；例如，胶合的南方松木板可以承受接近3,000磅/平方英寸(21.09MPa)的工作应力。 受力分析
桥梁必须抵抗拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转的复杂合力。此外，结构必须提供安全系数作为防止结构失效的保险。受力分析，即结构中单个应力和应变确切性质的计算，也许是桥梁建设中技术上最复杂的方面。分析的目的是确定可施加在每部分结构的所有外力。
作用在桥梁结构上的力是由静荷载和动荷载这两种荷载产生的。桥梁结构本身的静荷载—自重，通常是最大的荷载。动荷载或活荷载，包括由桥承受的车辆荷载、风荷载、冰雪的累积荷载。
尽管在任何时候过桥车辆总重量一般只是静荷载和动荷载的一小部分，但是，移动的车辆对大桥产生振动和冲击应力，这对于设计师来说是一个要解决的很特殊的问题。例如，由路上车辆运动和颠簸的不规律性而产生的影响，会立即使活荷载对桥梁的影响加倍。
风作用在桥上的力，包括直接冲击在桥梁结构上的力，和过桥的车辆的间接冲击。如果风引发气动弹性振动，正如在Tacoma Narrows大桥发生的那样，它的影响可能会大大增加。基于这一危险，桥梁设计师对可能发生在桥址处的最强风采取了预防措施。对于其他可能作用在桥梁上的力，如地震震动，也必须做好预防措施。
对于桥墩的设计必须加强重视，因为它们可能受到水流、 波浪和浮冰和碎屑所施加的重荷。桥墩甚至可能受到过往船只的撞击。
电子计算机在协助桥梁设计师进行受力分析方面扮演着越来越重要的角色。运用精确的模型试验，特别是对桥梁动态特性进行研究，也可以辅助设计师。建造桥梁的缩放模型，并在模型上安装各种测量应变、加速度、和变形的仪表。然后给模型桥施加各种缩放的载荷或动态条件来研究会产生的结果。风洞试验也可确保不再有Tacoma Narrows 大桥那样的事故发生。有了现代科技的帮助，桥梁垮塌的几率已经比过去少很多。