桥梁是不是都是凸起，而没有凹下去的？
但如果仔细想想，或者留意一下我们身边那些不那么显眼的桥，就会发现，并非所有的桥梁都是“凸起”的。 确实有很多桥梁是我们在视觉上感知到的“凸起”，但也有一些桥梁，它们的设计更多是考虑到实用性和周围环境的融合，并不一定呈现出明显的拱形凸起。
让我们来捋一捋这其中的缘由，以及为什么我们会先想到“凸起”的桥。
为什么我们会先想到“凸起”的桥？
这主要是因为最古老、也最经典的桥梁形式之一——拱桥。
拱桥的力学原理： 拱桥最迷人的地方在于它的受力方式。桥面本身并不直接承受拉力，而是将向下的载荷（比如汽车、行人、桥梁自身的重量）通过桥面传递到拱券上。拱券则利用自身的弧形结构，将这些力转化为压缩力，沿着拱券的方向传递到两侧的桥墩或地基上。这种纯压缩的受力方式，使得拱券的材料（比如石头、砖）能够得到最有效的利用，因为这些材料通常抗压能力很强，但抗拉能力较弱。
历史与美学： 拱桥的历史可以追溯到古罗马时期，它们是工程学的伟大成就，也因此在人类文明中留下了深刻的印记。比如罗马水道上的桥，再比如许多古老的石拱桥，它们以其坚固、耐用和优美的弧线，成为了建筑美学的典范。这种标志性的“凸起”形态，深深地根植在了我们对“桥”的认知里。
跨越河流与障碍的自然需求： 很多时候，桥梁是为了跨越河流、山谷等障碍物而建造的。在河流之上，一个向上的拱形，能够提供足够的净空高度，让船只或其他水上交通顺利通过。对于较宽的河流或深邃的山谷，拱桥能够有效地分散荷载，减少对支撑点数量的需求，从而实现更大跨度的连接。
然而，世界上的桥梁形式远不止拱桥一种。还有很多其他类型的桥梁，它们的设计考量会带来不同的外观形态：
1. 梁桥（Beam Bridge）：
形态描述： 这可能是最常见，也最“不凸起”的桥梁类型了。梁桥顾名思义，就是用一段或多段水平的梁来跨越两端支撑点（桥墩或桥台）。桥面基本上就是平坦的，或者只有轻微的坡度。
为什么是“平坦”的： 梁桥的力学原理是将载荷直接传递到梁的两端，再由梁传递到支撑物上。这种设计非常直观，而且在材料科学发展到一定程度后，现代的高强度钢材和混凝土可以制造出非常坚固且轻巧的梁，能够覆盖相当大的跨度。
例子： 我们在城市中见到的很多公路桥、人行天桥，很多都是梁桥。它们通常比较简洁，不需要复杂的拱形结构，也更容易与周围环境融合。比如你走在城市里，过一个高架桥，它的下方往往是平坦的，桥面本身也是比较平直的。
2. 悬索桥（Suspension Bridge）与斜拉桥（Cablestayed Bridge）：
形态描述： 这两种桥梁的上部结构看起来不像拱桥那样有明显的“凸起”，它们依靠巨大的缆索或拉索来支撑桥面。
悬索桥： 整个桥面被巨大的主缆悬吊在高耸的桥塔上。主缆本身是弯曲的，呈抛物线形，但支撑整个桥面的感觉是“悬挂”在空中的，桥面本身是相对平坦的。
斜拉桥： 桥面直接由一系列从桥塔伸出的斜拉索支撑，这些拉索像扇形一样排列，将载荷传递到桥塔上。桥塔是显著的结构元素，但桥面本身通常是平坦的。
为什么是这样设计： 这些桥梁类型通常用于跨越非常大的水域或峡谷，它们通过将载荷分散到几个高大的塔架上，再通过缆索系统传递，可以实现惊人的大跨度。而且，它们的结构形态更偏向于轻盈、开放，减少了对水面或下方空间的阻碍。
3. 桁架桥（Truss Bridge）：
形态描述： 桁架桥的结构由许多连接在一起的杆件组成一个三角形或网格状的结构。根据杆件的组合方式和位置，桁架桥也可能看起来是“凸起”的（比如上承式或下承式拱形桁架桥），但很多桁架桥的桥面位于桁架的底部，整个结构呈现的是一种复杂的网状骨架感，而不是单一的拱形凸起。
例如： 一些老式的铁路桥可能就是桁架桥，它们看起来像一个巨大的金属框架。
4. 转体桥（Swing Bridge）或升降桥（Lift Bridge）：
形态描述： 这些桥梁的设计是为了在必要时允许船只通过，它们本身可能并不总是“凸起”的。转体桥可以旋转90度，让桥面与河流方向平行；升降桥的桥面可以向上提升。它们在不工作的时候，桥面可能是平坦的。
总结一下：
所以，虽然我们最容易想到也最具有代表性的桥梁形式——拱桥，是呈现出“凸起”的形态，但并非所有的桥梁都如此。
梁桥 是平坦的。
悬索桥 和 斜拉桥 虽然有高耸的塔架，但桥面本身是平坦的，通过缆索连接。
桁架桥 的形态多样，可能包含“凸起”的元素，但整体是网状结构。
一些开启桥 在非开启状态下也是平坦的。
我们对桥梁的普遍认知可能受到了历史悠久且极具视觉冲击力的拱桥的影响，它们优雅的弧线确实是工程美学的一个高峰。但现代桥梁工程在材料、结构和设计理念上都取得了巨大的进步，涌现出更多功能性强、形态各异的桥梁，以适应不同的地理环境和交通需求。因此，说“桥梁都是凸起”是不准确的，更准确的说法是，许多经典的、历史悠久的桥梁是凸起的拱形结构，但现代桥梁的设计则更加多元化，很多桥梁是平坦的，或者拥有不同的支撑结构。
网友意见
随便建个几何模型
然后在桥面施加一个力
可以发现主要的stress和strain都集中在这个拱上，以及拱和两边的接触面上。
于是这个拱通过拉伸，很好的起到了支持的作用。
就像拉一根绳子一样。
这里起到加固作用的是tensile strength。
下面我们把这个模型倒过来（是部是很眼熟？），然后施加一个同样的力
结果可以发现，stress和strain还是都主要集中在这个拱上。
不过这时，通过向内挤压，这个拱同样很好的起到支持的作用。
就像捏鸡蛋壳一样。
这里起到加固作用的是compressive strength。
所以，虽然都是拱，在上面和在下面加固支撑的机理还是不一样的。
那么不同材料compressive strength和tensile strength有什么区别呢？
像混凝土砖头陶瓷的话，compressive strength比tensile strength是强的多的。你坐在砖头上是很难把砖头坐碎。
像钢丝这种drawing出来的纤维材料的话，如果不拉紧，本身就是软乎的。
所以，往上建造的拱，一般主要会选用混凝土材料。
而往下建造的拱，可以选用钢筋材料。
在河道上，要通船，所以一般只能选择往上造。
那么，聪明的你，告诉我，在峡谷上，是往上造一个混凝土大拱容易呢？还是往下吊几根钢索拱容易呢？
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！
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