เมื่อออกแบบสะพานเพื่อข้ามสิ่งกีดขวางที่เฉพาะเจาะจง ผู้ออกแบบต้องระบุการออกแบบที่ตรงตามข้อกำหนดหลายประการ ข้อกำหนดเหล่านี้อาจแบ่งออกเป็นข้อกำหนดทางวิศวกรรมและข้อกำหนดที่ไม่ใช่ทางวิศวกรรม ข้อกำหนดทางวิศวกรรม ได้แก่ ความปลอดภัย ความแข็งแรง อายุการใช้งาน สภาพภูมิอากาศ การจราจร ขนาดและลักษณะของสิ่งกีดขวางที่จะต้องข้าม และระยะห่างที่จำเป็นสำหรับการผ่านใต้สิ่งกีดขวาง^{[ 1 ]}

ข้อกำหนดที่ไม่ใช่ด้านวิศวกรรม ได้แก่ ต้นทุนการก่อสร้าง ต้นทุนการบำรุงรักษา ความสวยงาม เวลาที่มีสำหรับการก่อสร้าง ความต้องการของลูกค้า และประสบการณ์ของผู้สร้าง^{[ 2 ]} ปัจจัยอื่นๆ ที่อาจนำมาพิจารณา ได้แก่ ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและสัตว์ป่า และความสัมพันธ์ทางเศรษฐกิจ สังคม และประวัติศาสตร์ของสะพานกับชุมชนท้องถิ่น^{[ 3 ]}

การออกแบบหลายแบบอาจตรงตามข้อกำหนด หลังจากพิจารณาปัจจัยทั้งหมดแล้ว ผู้ออกแบบสะพานจะเลือกการออกแบบที่เหมาะสมโดยปรึกษากับลูกค้า^{[ 4 ]}สามารถใช้วิธีการวิศวกรรมคุณค่าเพื่อเลือกการออกแบบขั้นสุดท้ายจากทางเลือกหลายทาง[ 5 ^{]วิธีการ} นี้จะประเมินการออกแบบที่เป็นไปได้โดยพิจารณาจากคะแนนถ่วงน้ำหนักที่กำหนดให้กับเกณฑ์ต่างๆ หลายประการ เช่น ต้นทุน อายุการใช้งาน ความทนทาน ความพร้อมของทรัพยากร ความง่ายในการก่อสร้าง เวลาในการก่อสร้าง และต้นทุนการบำรุงรักษา^{[ 6 ]}

สะพานถูกสร้างขึ้นจากวัสดุหลากหลายชนิด ได้แก่ ไม้ อิฐ เชือก หิน เหล็ก เหล็กกล้า และคอนกรีต^{[ ​​8 ]} สะพานที่ทำจากวัสดุที่แตกต่างกันสองชนิดขึ้นไป (เช่น เหล็กและคอนกรีต) เรียกว่าสะพานคอมโพสิต^{[ 9 ]}

ไม้เป็นวัสดุราคาไม่แพงที่แทบจะไม่ถูกนำมาใช้สำหรับถนนรถยนต์สมัยใหม่^{[ 10 ]} ไม้ถูกนำมาใช้ในสะพานเป็นหลักในโครงสร้างคานหรือโครงสร้างโครงถัก และยังใช้ในการสร้างสะพานโครงถัก ขนาดใหญ่ สำหรับทางรถไฟ อีกด้วย ^{[ 11 ]} เมื่อใช้ไม้ มักจะอยู่ในรูปของไม้ลามิเนตอัดกาว^{[ 10 ]}

การก่อสร้างด้วยหินและอิฐนั้นเหมาะสมเฉพาะกับส่วนประกอบของสะพานที่รับแรงอัดเท่านั้น เนื่องจากหากรับแรงดึง การก่อสร้างด้วยหินจะแตก ดังนั้น การก่อสร้างด้วยหินจึงจำกัดอยู่เฉพาะโครงสร้าง เช่น ซุ้มโค้งหรือฐานราก^{[ 12 ]}ในศตวรรษที่ 20 สะพานขนาดใหญ่ที่สร้างด้วยหิน แม้ว่าจะถูกแทนที่ด้วยคอนกรีตในตะวันตก แต่ก็ยังคงถูกสร้างขึ้นในประเทศจีน^{[ 13 ]}

เหล็ก รวมถึงเหล็กหล่อและเหล็กดัด ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายตั้งแต่ปลายคริสต์ศตวรรษที่ 17 ถึงปลายคริสต์ศตวรรษที่ 18 โดยส่วนใหญ่ใช้สำหรับโครงสร้างโค้งและโครงถัก เหล็กค่อนข้างเปราะ และถูกแทนที่ด้วยเหล็กกล้าที่แข็งแรงกว่ามากสำหรับการใช้งานทุกประเภท ยกเว้นเพื่อการตกแต่ง^{[ 14 ]}

เหล็กเป็นหนึ่งในวัสดุที่ใช้กันทั่วไปสำหรับสะพานสมัยใหม่^{[ 15 ]} ในสมัยโบราณมีการผลิตเหล็กในปริมาณน้อย แต่เริ่มมีใช้กันอย่างแพร่หลายในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 หลังจากการคิดค้นกระบวนการถลุงเหล็ก แบบใหม่โดย เฮนรี เบสเซเมอร์และวิลเลียม ซีเมนส์เหล็กมีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับสะพาน เนื่องจากมีความแข็งแรงทั้งในการรับแรงอัดและแรงดึง^{[ 16 ]} เหล็กถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับสะพานโครงถักและสะพานคาน และลวดเหล็กเป็นส่วนประกอบสำคัญของสะพานแขวนและสะพานเคเบิลเกือบทั้งหมด^{[ 17 ]}สะพานคอนกรีตใช้เหล็กอย่างกว้างขวาง เนื่องจากคอนกรีตทั้งหมดที่ใช้ในสะพานมีเหล็กเส้นเสริมแรงหรือสายเคเบิล เหล็ก อัดแรง^{[ 18 ]}สะพานเหล็กมีราคาแพงกว่าสะพานคอนกรีตที่เทียบเท่ากัน แต่มีน้ำหนักเบากว่ามาก (สำหรับความแข็งแรงเท่ากัน) สร้างได้เร็วกว่า และมีความยืดหยุ่นมากกว่าในระหว่างการก่อสร้างและการซ่อมแซม^{[ 19 ]}

คอนกรีตเป็นวัสดุที่แข็งแรงและราคาไม่แพง แต่เปราะและอาจแตกได้เมื่อรับแรงดึง^{[ 20 ]} คอนกรีตมีประโยชน์สำหรับองค์ประกอบสะพานที่รับแรงอัด เช่น ฐานรากและส่วนโค้ง^{[ 21 ]} สะพานถนนหลายแห่งสร้างขึ้นจากคอนกรีตทั้งหมดโดยใช้โครงสร้างคาน ซึ่งมักจะเป็นแบบคานกล่อง^{[ 21 ]} คอนกรีตที่ใช้ในสะพานเกือบทั้งหมดมีเหล็กเสริม ซึ่งช่วยเพิ่มความแข็งแรงอย่างมาก^{[ 22 ]} เหล็กเสริมจะถูกติดตั้งภายในแบบหล่อคอนกรีต และเทคอนกรีตลงในแบบหล่อ แล้วปล่อยให้แข็งตัวโดยมีเหล็กเสริมอยู่ภายใน หากใช้คอนกรีตในองค์ประกอบที่รับแรงดึง เช่น บริเวณด้านล่างของคานหรือแผ่นพื้นแนวนอน จะต้องฝัง สายเคเบิลรับแรงดึง ไว้ภายในคอนกรีตและขันให้แน่น^{[ 23 ]}สายเคเบิลรับแรงดึงสามารถดึงไว้ล่วงหน้า (ยืดก่อนและระหว่างที่คอนกรีตแข็งตัว) หรือดึงไว้ภายหลัง (วางไว้ในท่อในคอนกรีต และขันให้แน่นหลังจากคอนกรีตแข็งตัว) ^{[ 24 ]} สายเคเบิลอัดแรงจะอัดคอนกรีต เมื่อคานถูกวางลงในสะพานและรับน้ำหนัก แรงดึงที่ไม่พึงประสงค์ซึ่งปกติเกิดจากแนวโน้มที่คานจะหย่อนตัวจะถูกหักล้างด้วยแรงอัดจากสายเคเบิลอัดแรง^{[ 24 ]}คานคอนกรีตสามารถหล่อสำเร็จรูปนอกสถานที่และขนส่งไปยังสถานที่ก่อสร้างสะพาน หรือหล่อในสถานที่ก่อสร้างก็ได้^{[ 25 ]}

โดยทั่วไปแล้ว ส่วนประกอบของสะพานจะแบ่งออกเป็นโครงสร้างส่วนบนและโครงสร้างส่วนล่าง [ ^{27 ] โครงสร้าง} ส่วนบนประกอบด้วยส่วนที่มองเห็นได้ส่วนใหญ่ของสะพาน รวมถึงช่วงแนว นอน พื้นสะพาน พื้นผิว ที่ ใช้สัญจร (เช่น แอสฟัลต์บนพื้นผิวด้านบนของพื้นสะพาน) โครงถัก โค้ง เสา เคเบิล คาน และคานรับน้ำหนัก^{[ 28 ]} โครงสร้างส่วนล่างประกอบด้วยส่วนล่างของสะพานที่รองรับโครงสร้างส่วนบน รวมถึงฐานรากฐานรองรับเสาตอม่อเสาเข็ม จุด ยึดและแบริ่ง^{[ 29 ]}

ฐานรากและฐานรองรับเป็นบล็อกคอนกรีตเสริมเหล็กขนาดใหญ่ที่ฝังอยู่ใต้ดินทั้งหมดหรือบางส่วน ซึ่งรองรับน้ำหนักทั้งหมดของสะพานและถ่ายเทน้ำหนักไปยังดินใต้สะพาน^{[ 29 ]}ฐานรองรับอยู่ที่ปลายช่วงสะพานซึ่งสัมผัสกับดินใต้สะพาน และบางครั้งก็ถ่ายเทน้ำหนักในแนวทแยงลงสู่ดินใต้สะพาน นอกจากนี้ยังทำหน้าที่เป็นกำแพงกันดิน ป้องกันไม่ให้ดินใต้ถนนทางเข้าถูกกัดเซาะ ฐานรากอยู่ใต้เสาหรือฐานรองรับโดยตรงและรับน้ำหนักในแนวดิ่ง^{[ 29 ]} จุดยึดเป็นบล็อกขนาดใหญ่ มักทำจากคอนกรีต ซึ่งยึดปลายสายเคเบิลขนาดใหญ่ในสะพานแขวนหรือสะพานเคเบิล^{[ 30 ]} เสาเข็มเป็นวัตถุที่แข็งแรงและยาว (ทำจากไม้ เหล็ก หรือคอนกรีต) วางไว้ใต้ฐานรากเมื่อดินใต้สะพานเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอที่จะรองรับน้ำหนักของสะพาน^{[ 29 ]}

แบริ่งเป็นอุปกรณ์เชิงกลที่วางอยู่ระหว่างโครงสร้างส่วนบนและโครงสร้างส่วนล่าง ซึ่งรองรับการเคลื่อนที่แบบหมุนหรือเลื่อนเล็กน้อยที่เกิดจากการขยายตัวและการหดตัวเนื่องจากความร้อน หรือเหตุการณ์แผ่นดินไหวเล็กน้อย^{[ 29 ]}

การก่อสร้างสะพานทุกประเภทเริ่มต้นด้วยการสร้างโครงสร้างพื้นฐาน หากดินใต้ฐานรากไม่สามารถรองรับน้ำหนักได้ จะต้องตอกเสาเข็มลงไปใต้ฐานรากก่อน จากนั้นจึงสร้างฐานรากคอนกรีตสำหรับฐานรองรับ เสา และเสาตอม่อ หลังจากสร้างฐานรองรับและฐานรากคอนกรีตแล้ว จึงสร้างเสาตอม่อและฐานรอง (ถ้ามี) เพื่อให้โครงสร้างพื้นฐานเสร็จสมบูรณ์^{[ 31 ]}

เมื่อมีการสร้างเสาหรือหอคอยของสะพานในแม่น้ำ ทะเลสาบ หรือมหาสมุทร มักจะใช้ เคสสัน (caisson) เพื่อเป็นพื้นที่ทำงานในระหว่างการก่อสร้างฐานรากสำหรับเสา^{[ 32 ]} เคสสันเป็นโครงสร้างกลวงขนาดใหญ่ที่กันน้ำได้ เปิดที่ด้านล่าง โดยปกติจะจมลงไปที่ก้นน้ำ และคนงานสามารถทำงานภายในเพื่อเตรียมพื้นดินสำหรับฐานราก ในขณะที่คนงานอยู่ภายในเคสสัน ความดันอากาศภายในจะต้องรักษาให้สูงเพื่อป้องกันไม่ให้น้ำซึมเข้ามา^{[ 32 ]} หากคนงานไม่ลดความดันอากาศ อย่างเหมาะสม เมื่อออกจากเคสสัน พวกเขาอาจเป็นโรคจากการลด ความดันอากาศ ได้^{[ 33 ]}ผู้สร้างสะพานในยุคแรกๆ ไม่เข้าใจเรื่องการลดความดันอากาศ และการเสียชีวิตเป็นเรื่องปกติ: คนงาน 13 คนเสียชีวิตจากโรคจากการลดความดันอากาศขณะสร้างสะพาน Eads (สร้างเสร็จในปี 1874) ^{[ 33 ]} เคสสันทั้งหมดอาจถูกเติมด้วยคอนกรีตเพื่อสร้างฐานราก^{[ 32 ]} ทางเลือกอื่นนอกเหนือจากเคสสันคือคอฟเฟอร์แดมซึ่งเป็นเขื่อนชั่วคราวที่ล้อมรอบตำแหน่งที่รองรับ เปิดด้านบน ซึ่งคนงานสามารถทำงานได้ในขณะที่ก่อสร้างฐานราก^{[ 34 ]}

หลังจากโครงสร้างพื้นฐานเสร็จสมบูรณ์แล้ว ขั้นตอนต่อไปคือการสร้างโครงสร้างส่วนบน ซึ่งจะวางอยู่บนโครงสร้างพื้นฐานนั้น

โครงสร้างส่วนบนของสะพานคานอาจผลิตนอกสถานที่ (โดยทั่วไปสำหรับคานเหล็ก) หรือหล่อในสถานที่ (สำหรับคานคอนกรีตจำนวนมาก) คานอาจถูกวางบนเสาตอม่อโดยใช้เครน หากช่วงสะพานข้ามหุบเหวลึก อาจใช้วิธีการที่เรียกว่าการเคลื่อนย้าย : ช่วงสะพานทั้งหมด (คานและพื้นสะพาน) จะถูกประกอบบนถนนทางเข้า จากนั้นจึงผลักในแนวนอนข้ามสิ่งกีดขวาง คานกล่องอาจสร้างขึ้นโดยการยื่น^{[ 35 ]}

การก่อสร้างโครงสร้างส่วนบนของสะพานโค้งขึ้นอยู่กับวัสดุ: สำหรับสะพานโค้งคอนกรีต จะใช้โครงสร้างชั่วคราวหรือโครงสร้างค้ำ ยันสะพานโค้งเหล็กใช้วิธีการยื่นและสร้างแต่ละด้านของสะพานโค้งออกไปด้านนอก แล้วเชื่อมต่อกันตรงกลาง อาจต้องใช้เสาชั่วคราวหรือโครงสร้างค้ำยันสำหรับสะพานโค้งขนาดใหญ่^{[ 31 ]}

โครงสร้างคานยื่นมักจะสร้างทีละส่วนโดยเริ่มจากจุดยึดหรือเสาตอม่อออกไปด้านนอก โครงสร้างคานยื่นส่วนใหญ่สามารถสร้างได้โดยไม่ต้องใช้เสาตอม่อชั่วคราว เนื่องจากสะพานสามารถรองรับตัวเองได้เมื่อขยายออกไปด้านนอก กระบวนการที่คล้ายกันนี้ใช้สำหรับคานยื่นทั้งเหล็กและคอนกรีต: ส่วนที่ผลิตไว้ล่วงหน้าอาจถูกวางไว้ที่ระดับพื้นดิน (หรือระดับน้ำ) และยกขึ้นไปยังตำแหน่งที่ต้องการด้วยเครน หรืออาจขนส่งในแนวนอนไปตามส่วนของคานยื่นที่สร้างเสร็จแล้วก่อนหน้านี้ คานยื่นคอนกรีตต้องใช้สายเคเบิลเหล็กดึงล่วงหน้าสอดเข้าไปในท่อภายในแต่ละส่วนขณะที่เพิ่มเข้าไป และขันให้แน่นเพื่ออัดคอนกรีต^{[ ​​31 ]}

โครงสร้างส่วนบนของสะพานแขวนเคเบิลเริ่มต้นด้วยการสร้างหอคอยหนึ่งหรือหลายหอ ซึ่งวางอยู่บนฐานรากที่เป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างส่วนล่างโดยตรง พื้นสะพานถูกสร้างขึ้นเป็นชิ้นๆ โดยเริ่มจากหอคอยและเคลื่อนออกไปด้านนอก เมื่อเพิ่มพื้นสะพานแต่ละส่วนเข้าไป จะเชื่อมต่อกับหอคอยด้วยสายเคเบิลเหล็ก พื้นสะพานจะเคลื่อนออกไปในทั้งสองทิศทางในอัตราเดียวกัน เพื่อให้แน่ใจว่าแรงที่กระทำต่อหอคอยมีความสมดุล หากพื้นสะพานทำจากคอนกรีต จะมีการสอดสายเคเบิลเหล็กอัดแรงเข้าไปในท่อภายในแต่ละส่วนของพื้นสะพาน และขันให้แน่นเพื่ออัดคอนกรีต^{[ ​​31 ]}

โครงสร้างส่วนบนของสะพานแขวนเริ่มต้นด้วยเสาและจุดยึด (อย่างไรก็ตาม ไม่จำเป็นต้องมีจุดยึดสำหรับสะพานแขวนแบบยึดตัวเอง) เสาอาจทำจากเหล็กหรือคอนกรีต และวางอยู่บนฐานรากโดยตรง จุดยึดเป็นบล็อกคอนกรีตเสริมเหล็กขนาดใหญ่ที่ยึดติดกับพื้นดินอย่างมั่นคง เนื่องจากต้องทนต่อแรงดึงของสายเคเบิลขนาดใหญ่ที่ยึดพื้นสะพานทั้งหมดและน้ำหนักบรรทุก หลังจากสร้างเสาเสร็จแล้ว เรือ (หากสะพานข้ามน้ำ) จะบรรทุกเชือกข้ามแม่น้ำ และเชือกจะถูกยกขึ้นไปด้านบนของเสา จากนั้นล้อขนาดใหญ่จะถูกดึงไปมาบนเชือก โดยดึงลวดสองเส้นในแต่ละรอบ หลังจากเดินทางหลายร้อยรอบ ลวดจะถูกกดเข้าด้วยกันเพื่อสร้างสายเคเบิล สายเคเบิลจะถูกผูกติดกับจุดยึดที่ปลายทั้งสองข้าง ลวดแนวตั้งที่เรียกว่าตัวแขวนจะถูกแขวนจากสายเคเบิล และพื้นสะพานจะถูกติดเข้ากับตัวแขวนเป็นส่วนเล็กๆ^{[ 36 ]}

โครงสร้างส่วนบนของสะพานจะเกิดการเสียรูปเพิ่มเติมในทิศทางตามยาวอันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและแรงตามยาวจากเบรกของยานพาหนะ รวมถึงในกรณีของสะพานคอนกรีตอัดแรง จะเกิดจากการอัดแรงและการคืบตัวและการหดตัวของคอนกรีต การเสียรูปเหล่านี้จะไม่เกิดขึ้นที่ฐานรองรับสะพานหรือเกิดขึ้นในระดับที่น้อยกว่า ดังนั้นจึงต้องชดเชยด้วยโครงสร้างเชื่อมต่อ นอกจากนี้ ทางข้ามถนนควรอนุญาตให้ข้ามได้อย่างปลอดภัยแม้ในความเร็วสูง

บนทางเท้าด้านข้างในบริเวณฝาครอบหรือบัว ช่องว่างนี้จะต้องปิดด้วยแผ่นปิดหรือสามารถทำให้เรียบเสมอกับโปรไฟล์รอยต่อที่เหมาะสม แผ่นปิดทำจากสแตนเลสตามมาตรฐาน DIN EN 10088[ 5] ทางข้ามถนนที่ทำจากเหล็กชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อนก็ถูกนำมาใช้เป็นเวลาหลายปีเช่นกัน[ 6] พื้นผิวถนนและการกันซึม

ปัจจุบัน พื้นผิวถนนในเยอรมนีมีโครงสร้างสามส่วน ได้แก่ ชั้นกันซึม ชั้นป้องกัน และชั้นปิดผิว ชั้นกันซึมมีความหนาประมาณ 2 เซนติเมตร ประกอบด้วยแผ่นเมมเบรนเชื่อมยางมะติน (มีหรือไม่มีการเคลือบโลหะ) ทำหน้าที่ปกป้องโครงสร้างสะพานจากการซึมของน้ำผิวดิน น้ำค้างแข็ง และเกลือจากน้ำค้าง เทปกาวที่ติดไว้ตามรอยต่อจะป้องกันไม่ให้ชั้นปิดผิวและกาวซึมเข้าไปในชั้นป้องกัน ชั้นป้องกันมีความหนาประมาณ 4 เซนติเมตร ทำจากยางมะตอยหล่อหรือยางมะตอยรีด ทำหน้าที่ปกป้องชั้นกันซึมจากแรงกดทางกลจากจราจรและสภาพอากาศ ชั้นปิดผิวคอนกรีตยางมะตอยมีความหนาประมาณ 4 เซนติเมตร ถูกนำมาใช้กับชั้นป้องกันเพื่อรองรับน้ำหนักบรรทุกของถนนได้ทันที สำหรับทางเดินส่วนบุคคล เช่น ถนนในป่าหรือทางเข้าบ้าน จะใช้พื้นไม้ ส่วนสะพานเก่า (เช่นเดียวกับสะพานโรมัน) จะใช้หินธรรมชาติ

ระบบระบายน้ำมีจุดประสงค์เพื่อระบายน้ำผิวดินที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วและหมดจด ไม่เพียงแต่เพื่อความปลอดภัยบนท้องถนนเท่านั้น แต่ยังเพื่อให้พื้นผิวถนนแห้งเร็วที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ โดยปกติแล้ว น้ำจะถูกระบายผ่านระบบระบายน้ำไปยังบ่อพักน้ำฝน อุปกรณ์

ในปี 2011 มีการสร้างสะพานในเมืองเบอร์เคนธิน รัฐชเลสวิก-โฮลสไตน์ ข้ามคลองเอลเบ-ลือเบ็ค โดยพื้นถนนของสะพานได้รับความร้อนจากพลังงานความร้อนใต้พิภพด้วยน้ำอุ่น 11 องศาเซลเซียสจากความลึก 80 เมตร เพื่อลดอุบัติเหตุที่เกิดจากน้ำแข็งเกาะ บริเวณนั้นมีการเปลี่ยนแปลงระหว่างน้ำค้างแข็งและน้ำค้างบ่อยครั้งในช่วงพลบค่ำ (การติดตั้งระบบไฟฟ้า)

สะพานหลายแห่งมีเสาและเสาอากาศสำหรับสายโทรศัพท์เหนือศีรษะ หรืออีกทางหนึ่งคือ สายไฟจะถูกยึดติดกับโครงสร้างรองรับโดยใช้คานขวาง เหนือสะพานสตอร์สตรอมส์โบรน (Storstrømsbroen) มีสายไฟฟ้าแรงสูงของเครือข่ายเชื่อมต่อพาดผ่าน เสาของสะพานแขวนมักมีเสาอากาศส่งสัญญาณ สำหรับทางรถไฟไฟฟ้าที่มีสายไฟฟ้าแรงสูงพาดผ่าน ส่วนประกอบที่นำไฟฟ้าได้ทั้งหมดจะต้องต่อลงดิน

ราวสะพานทำหน้าที่ป้องกันการตกจากที่สูงสำหรับคนเดินเท้าและผู้ปั่นจักรยาน ปัจจุบัน ราวส่วนใหญ่ทำจากเหล็กหรืออะลูมิเนียม และต้องมีความสูงขั้นต่ำ 1.0 เมตร สำหรับความสูงของการชนที่ต่ำกว่า 12 เมตร สำหรับความสูงของการชนที่มากกว่านั้น ความสูงขั้นต่ำคือ 1.1 เมตร ตามทางจักรยาน ราวต้องมีความสูงอย่างน้อย 1.3 เมตร ตามข้อกำหนดของสิ่งอำนวยความสะดวกสำหรับนักปั่นจักรยานในประเทศเยอรมนี และเงื่อนไขสัญญาทางเทคนิคเพิ่มเติมและแนวทางปฏิบัติสำหรับงานวิศวกรรมโยธา (ZTV-ING) ในกรณีของโครงสร้างที่มีอยู่แล้ว ไม่จำเป็นต้องดำเนินการใดๆ เมื่อความสูงของราวอยู่ที่ 1.2 เมตร ในกรณีของสะพานถนนที่มีความยาวมากกว่า 20 เมตร จะมีการสอดลวดสลิงเข้าไปในราวสองส่วนเพื่อเพิ่มความมั่นคง

ราวกั้นหรือราวกั้นเว้นระยะทำหน้าที่ป้องกันการตกจากยานยนต์หรือเพื่อรักษาความปลอดภัยบนถนนที่รถวิ่งสวนทาง ราวกั้นเหล่านี้ทำจากเหล็ก ในออสเตรียบางส่วนทำจากอะลูมิเนียม อย่างไรก็ตาม การใช้อะลูมิเนียมก็มีปัญหา เพราะมันเปราะบางเมื่อเวลาผ่านไป และมักนำไปสู่การบาดเจ็บสาหัสในอุบัติเหตุ ดังนั้น ในออสเตรียจึงไม่มีการติดตั้งราวกั้นอะลูมิเนียมใหม่ และจะเปลี่ยนราวกั้นที่มีอยู่แล้วเป็นของใหม่แทน ในเยอรมนีมีการติดตั้งกำแพงคอนกรีตป้องกันขอบถนนบนสะพานมอเตอร์เวย์เป็นทางเลือกแทนราวกั้นเว้นระยะ

แบริ่งของสะพานคือจุดสัมผัสระหว่างโครงสร้างส่วนบนและโครงสร้างส่วนล่าง แบริ่งเหล่านี้ต้องได้รับการออกแบบให้สามารถรองรับการหมุน การเอียง และการเคลื่อนที่ตามที่ต้องการได้ และต้องส่งผ่านแรงจากแบริ่งด้วยแรงต่ำ แบริ่งที่ทำจากเหล็ก

ตลับลูกปืนเหล็กมีให้เลือกทั้งแบบตลับลูกปืนเอียงคงที่และแบบตลับลูกปืนเคลื่อนที่ (ตลับลูกปืนลูกกลิ้ง) ซึ่งเป็นที่นิยมใช้ในสะพานทางหลวงในเยอรมนีมานานแล้ว แต่แทบไม่ได้ใช้ในงานก่อสร้างใหม่ ตลับลูกปืนลูกกลิ้งทำจากกระบอกเหล็กที่ยึดไว้ด้านข้างและวิ่งบนแผ่นเหล็ก สามารถช่วยชดเชยการเคลื่อนไหวขนาดใหญ่ของสะพานได้

แบริ่งอีลาสโตเมอร์เป็นแบริ่งแบบเปลี่ยนรูป กล่าวคือ ส่งผ่านแรงโดยการเปลี่ยนรูปของวัสดุอีลาสโตเมอร์ ผลิตจากพลาสติกยืดหยุ่นทนทานต่อการเสื่อมสภาพ โดยมีการเสริมแผ่นเหล็กเข้าไปในแบริ่งเสริมแรง เพื่อเพิ่มความแข็งแรงในการรับแรงอัดและลดการยุบตัว แบริ่งแบบเปลี่ยนรูปสามารถเคลื่อนที่ได้ทุกทิศทางและรับน้ำหนักได้ทั้งแนวนอนและแนวตั้งพร้อมๆ กับการหมุนรอบแกนทั้งสาม และเคลื่อนที่ได้พร้อมกันในสองทิศทาง การเคลื่อนที่ในแนวนอนสามารถป้องกันได้โดยการจัดวางโครงสร้างยึดที่ทำจากเหล็ก แบริ่งอีลาสโตเมอร์ไม่สามารถรับการเคลื่อนที่ได้มากเท่ากับแบริ่งลูกกลิ้ง แต่ต้องการการบำรุงรักษาน้อยกว่า เนื่องจากแผ่นเหล็กไม่สัมผัสกับอากาศและความชื้น จึงป้องกันการกัดกร่อนและไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ ในกรณีที่มีการเปลี่ยนรูปมาก จะใช้แบริ่งแบบเปลี่ยนรูปธรรมดา ซึ่งแบริ่งอีลาสโตเมอร์จะมีชั้นเลื่อนเพิ่มเติม

ด้วยการกำหนดขนาดและรูปทรงที่เหมาะสม ข้อต่อคอนกรีตเสริมเหล็กจึงสามารถดูดซับแรงบิดและทำหน้าที่เป็นแบริ่งที่ไม่สามารถเคลื่อนที่ได้

เสาเป็นส่วนประกอบสำคัญของโครงสร้างส่วนบนของสะพานเคเบิลและสะพานแขวน^[ก] เสาทำจากคอนกรีตหรือเหล็ก เสาเหล็กมีน้ำหนักเบากว่าเสาคอนกรีตมาก (ที่มีความสูงเท่ากัน) โดยทั่วไปคอนกรีตเหมาะสำหรับเสาที่มีความสูงไม่เกินประมาณ 250 เมตร (820 ฟุต) เท่านั้น ในขณะที่เสาเหล็กสามารถสูงกว่านั้นได้มาก^{[ 38 ] [ข]}

หอคอยทำหน้าที่ยึดสายเคเบิลของสะพาน ซึ่งในทางกลับกันก็รับน้ำหนักของพื้นสะพานและการจราจรของยานพาหนะ น้ำหนักส่วนใหญ่ที่กระทำต่อหอคอยจะกระทำในแนวดิ่งลงมาที่หอคอย มากกว่าที่จะกระทำในแนวด้านข้าง^{[ 40 ]} มีกลไกสองอย่างที่ใช้ในการยึดสายเคเบิลเข้ากับหอคอย ได้แก่ อานและสมอ อานเป็นโครงสร้างโค้งที่ช่วยให้สายเคเบิลผ่าน (หรืออยู่เหนือ) หอคอยได้ ส่วนสมอจะยึดปลายสายเคเบิลไว้ อานมักใช้ในสะพานแขวน และสมอมักใช้ในสะพานเคเบิล^{[ 37 ]}

สายเคเบิลทำจากเส้นใยหนึ่งเส้นหรือมากกว่า และแต่ละเส้นใยประกอบด้วยลวดหลายเส้น ลวดแต่ละเส้นเป็นเหล็กแข็งที่บางและยืดหยุ่นได้ มีความแข็งแรงดึงสูงกว่าเหล็กทั่วไป และมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 3 มม. ถึง 7 มม. ^{[ 41 ]} สายเคเบิลสำหรับสะพานแขวนขนาดใหญ่อาจมีเส้นผ่านศูนย์กลางมากกว่า 1 เมตร (3 ฟุต 3 นิ้ว) และมีน้ำหนักมากกว่า 20,000 ตัน^{[ 42 ]} โดย ทั่วไปแล้ว สายเคเบิลจะถูกสร้างขึ้นที่ไซต์สะพานโดยการคลายลวดหรือเส้นใยออกจากม้วนขนาด ใหญ่ ^{[ 43 ] [ c ]}

หลังจากสร้างหอคอยของสะพานแขวนแล้ว ขั้นตอนต่อไปคือการสร้างทางเดิน ชั่วคราว เพื่อรองรับสายเคเบิลในขณะที่ดึงสายเคเบิลข้ามช่วงและเหนือยอดหอคอย^{[ 44 ]}มีสองวิธีในการดึงสายเคเบิลข้ามช่วง ได้แก่ วิธีการหมุนด้วยอากาศ (AS) ซึ่งสายเคเบิลแต่ละเส้นจะถูกดึงข้ามโดยใช้รอก หรือวิธีการใช้สายเคเบิลแบบขนานสำเร็จรูป (PPWS) ซึ่งสายเคเบิลทั้งเส้นจะถูกดึงข้ามทีละเส้น^{[ 45 ] [ d ]}

วิธี AS ถูกนำมาใช้กับสะพานแขวนทั้งหมดจนกระทั่งมีการคิดค้นวิธี PPWS ในช่วงทศวรรษ 1960 วิธี AS ช้ากว่าเพราะต้องใช้รอกหมุนเพื่อข้ามช่วงสะพานหลายพันครั้ง โดยดึงลวดคู่หนึ่งในแต่ละครั้ง วิธี PPWS ยากกว่า เพราะต้องดึงเส้นลวดหนักๆ ข้ามช่วงสะพานทั้งหมด^{[ 46 ]} วิธี PPWS ถูกนำมาใช้กับสะพาน Akashi Kaikyo ซึ่งแต่ละเส้นลวดมีน้ำหนัก 94 ตันและยาว 4 กิโลเมตร (2.5 ไมล์) ^{[ 47 ]}

ลวดภายในเส้นลวดอาจขนานกัน หรืออาจพันกันเป็นเกลียว (แบบเกลียว) ^{[ 48 ]} เมื่อลวดขนานกัน มักจะใช้การปั่นแบบอากาศ เมื่อลวดบิด เส้นลวดอาจถูกสร้างขึ้นนอกสถานที่และส่งมาบนม้วนไปยังไซต์สะพาน^{[ 49 ]} เส้นลวดที่บิดมักใช้สำหรับวิธีการก่อสร้างสายเคเบิล PPWS ^{[ 49 ]}

หลังจากที่ดึงสายไฟทั้งหมดข้ามช่วงทั้งหมดและเชื่อมต่อกับเสาแล้ว สายไฟเหล่านั้นจะถูกอัดให้เป็นมัดแน่นด้วยอุปกรณ์ไฮดรอลิกที่เคลื่อนที่ไปตามสายเคเบิลและบีบอัดสายไฟเข้าด้วยกัน^{[ 50 ]} จากนั้นโดยปกติแล้วจะมีการพันสายไฟรอบสายเคเบิลในลักษณะเป็นเกลียว เพื่อป้องกันน้ำซึมเข้า^{[ 51 ]} พื้นดาดฟ้าจะถูกแขวนจากสายเคเบิลด้วยเส้นใยแนวตั้งที่เรียกว่าตัวแขวน ตัวแขวนแต่ละตัวจะติดอยู่กับสายเคเบิลหลักด้วยตัวยึดที่เรียกว่าแถบสายเคเบิล^{[ 52 ]}

การออกแบบสะพานต้องรองรับน้ำหนักบรรทุกและแรงทั้งหมดที่สะพานอาจได้รับ แรงทั้งหมดที่สะพานต้องรับได้นั้นแสดงด้วยคำว่า " น้ำหนักบรรทุกโครงสร้าง " น้ำหนักบรรทุกโครงสร้างมักแบ่งออกเป็นสามส่วน ได้แก่ น้ำหนักบรรทุกคงที่ ซึ่งเป็นน้ำหนักของสะพานเอง^{[ e ]} น้ำหนักบรรทุกจรซึ่งเป็นแรงและการสั่นสะเทือนที่เกิดจากการจราจรที่ผ่านสะพาน รวมถึงการเบรกและการเร่งความเร็ว และน้ำหนักบรรทุกจากสิ่งแวดล้อมซึ่งครอบคลุมแรงทั้งหมดที่เกิดจากสภาพแวดล้อมรอบสะพาน รวมถึงลม ฝน หิมะ แผ่นดินไหว ดินถล่ม กระแสน้ำ น้ำท่วมการทรุดตัวของดิน การยกตัวของดินเนื่องจากน้ำแข็งการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและการชน (เช่น เรือชนเสาของสะพานเหนือน้ำ) ^{[ 55 ]}

แหล่งที่มาของภาระหลายอย่างเปลี่ยนแปลงไปตามเวลา เช่น การจราจรของยานพาหนะ ลม และแผ่นดินไหว ผู้ออกแบบสะพานต้องคาดการณ์ค่าสูงสุดที่ภาระเหล่านั้นอาจถึงได้ตลอดอายุการใช้งานของสะพาน^{[ 54 ]}สำหรับเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นเป็นครั้งคราว เช่น น้ำท่วม แผ่นดินไหว การชน และพายุเฮอริเคน ผู้ออกแบบสะพานต้องเลือกความรุนแรงสูงสุดที่การออกแบบต้องรองรับ^{[ 56 ]}ผู้ออกแบบจะเลือก ช่วงเวลาการเกิดซ้ำ ก่อน ซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 100 ถึง 2,500 ปี^{[ 56 ]} ช่วงเวลาการเกิดซ้ำที่ยาวนานกว่าจะใช้สำหรับสะพานที่เป็นส่วนสำคัญของโครงสร้างพื้นฐานด้านการขนส่ง ตัวอย่างเช่น หากสะพานเป็นเส้นชีวิตที่สำคัญในกรณีฉุกเฉิน ผู้ออกแบบอาจใช้ช่วงเวลาการเกิดซ้ำที่ค่อนข้างยาว เช่น 2,000 ปี ในตัวอย่างนี้ การออกแบบต้องทนทานต่อพายุที่รุนแรงที่สุดที่คาดว่าจะเกิดขึ้นทุกๆ 2,000 ปี^{[ 57 ]}

แรงกระทำต่อสะพานทำให้ส่วนประกอบของสะพานเกิดความเครียดผู้ออกแบบสะพานต้องคำนวณความเครียดสูงสุดที่แต่ละส่วนประกอบของสะพานจะได้รับ และตรวจสอบให้แน่ใจว่าส่วนประกอบมีความแข็งแรงเพียงพอที่จะทนต่อความเครียดได้^{[ 58 ]}

ความเค้นแบ่งออกเป็นประเภทต่างๆ ได้แก่ แรงอัด แรงดึง แรงเฉือน และแรงบิด แรงอัดรวมถึงแรงที่บีบอัดส่วนประกอบโดยการดันเข้าด้านใน (ตัวอย่างเช่น แรงที่เกิดขึ้นกับฐานรากของสะพานเมื่อมีหอคอยหนักวางอยู่บนนั้น) แรงดึงคือแรงยืดที่เกิดขึ้นกับส่วนประกอบเมื่อถูกดึง (ตัวอย่างเช่น สายเคเบิลของสะพานแขวน) แรง เฉือนคือแรงเลื่อนที่เกิดขึ้นกับส่วนประกอบเมื่อมีแรงภายนอกสองแรงที่เยื้องศูนย์กันกระทำในทิศทางตรงกันข้าม (ตัวอย่างเช่น แรงที่เกิดขึ้นกับข้อต่อโลหะระหว่างเกิดแผ่นดินไหวเมื่อส่วนประกอบหนึ่งของข้อต่อเคลื่อนไปทางทิศเหนือและอีกส่วนประกอบหนึ่งเคลื่อนไปทางทิศใต้) แรงบิดคือแรงบิด^{[ 58 ]}

องค์ประกอบสำคัญของน้ำหนักบรรทุกที่สะพานต้องรับคือปริมาณการจราจรของยานพาหนะและทางรถไฟที่สะพานต้องรองรับ^{[ 59 ]} นอกจากน้ำหนักของยานพาหนะแล้ว ยังต้องพิจารณาแรงอื่นๆ ด้วย เช่น แรงเบรก แรงเร่ง แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง และความถี่เรโซแนนซ์^{[ 60 ]} สำหรับถนน น้ำหนักบรรทุกที่เกิดจากการจราจรของรถบรรทุกนั้นมากกว่าน้ำหนักบรรทุกที่เกิดจากรถยนต์นั่งส่วนบุคคลมาก ดังนั้นกระบวนการออกแบบสะพานจึงมุ่งเน้นไปที่รถบรรทุก^{[ 61 ]}

ภาระที่เกิดจากรถไฟและยานพาหนะสามารถกำหนดได้โดยการสร้างแบบจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ หรือโดยอาศัยข้อมูลและอัลกอริทึมที่มีอยู่ในข้อกำหนดทางวิศวกรรมที่เผยแพร่โดยมาตรฐานต่างๆ เช่นEurocodeหรือข้อกำหนดสะพานAASHTO ^{[ 59 ]} นอกเหนือจากแบบจำลองอัลกอริทึมที่มีอยู่ในข้อกำหนดแล้ว นักออกแบบอาจกำหนดภาระการจราจรโดยใช้ข้อมูลจากการวัดในโลกแห่งความเป็นจริงบนสะพานที่มีอยู่ซึ่งมีการจราจรเทียบเท่ากับที่สะพานที่เสนอจะได้รับ เทคโนโลยีต่างๆ เช่นการชั่งน้ำหนักขณะเคลื่อนที่ (WIM) สามารถสร้างข้อมูลที่แม่นยำโดยไม่ต้องคาดเดาซึ่งเป็นส่วนสำคัญของแบบจำลองอัลกอริทึม^{[ 62 ]}

แรงหลายอย่างที่กระทำต่อสะพาน รวมถึงลมและการจราจรของยานพาหนะ อาจทำให้สะพานประสบกับแรงที่ไม่สม่ำเสมอหรือเป็นคาบ ซึ่งอาจทำให้ส่วนประกอบของสะพานสั่นหรือแกว่งได้ [ ^{64 ] ส่วนประกอบ} ของสะพานหลายชิ้นอาจมีความถี่เรโซแนนซ์ โดยธรรมชาติ ที่พวกมันไวต่อการสั่นสะเทือนเป็นพิเศษ และการสั่นสะเทือนใกล้ความถี่เหล่านั้นอาจทำให้เกิดความเครียดสูงมาก^{[ 65 ]} กระบวนการออกแบบสะพานต้องระบุการสั่นสะเทือนและการแกว่งที่อาจเกิดขึ้น และจัดการกับสิ่งเหล่านั้นด้วยเทคนิคเพื่อลดการสั่นสะเทือน เช่น การเพิ่มส่วนประกอบเพื่อลดการเคลื่อนไหวหรือทำให้โครงสร้างแข็งแรงขึ้น^{[ 66 ]}

ลมสามารถสร้างแรงได้หลากหลายรูปแบบบนสะพาน รวมถึง การสั่นไหวและการหมุนวน^{[ 67 ]} การพิจารณาแรงลมในระหว่างกระบวนการออกแบบมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับสะพานที่ยาวและเรียว (โดยทั่วไปคือสะพานแขวนหรือสะพานเคเบิล) ^{[ 68 ]} ข้อกังวลเกี่ยวกับการสั่นสะเทือนและการสั่นพ้องมีความสำคัญอย่างยิ่งในสะพานที่ยาวกว่า แต่ก็ยังต้องคำนึงถึงในสะพานขนาดเล็กด้วย แนวทางของ Eurocode สำหรับการออกแบบสะพานระบุว่าควรคำนึงถึงความเครียดจากการสั่นสะเทือนที่เกิดจากยานพาหนะที่กำลังเคลื่อนที่โดยการเพิ่มน้ำหนักบรรทุกคงที่ของยานพาหนะอีก 10% ถึง 70% ค่าที่แน่นอนขึ้นอยู่กับความยาวช่วง จำนวนช่องจราจร และประเภทของความเครียด (โมเมนต์ดัดหรือแรงเฉือน) ^{[ 69 ]}

การละเลยที่จะคำนึงถึงการสั่นสะเทือนและการแกว่งอาจนำไปสู่ความล้มเหลวของสะพานสะพานแองเจอร์สพังทลายลงในปี 1850 ทำให้มีผู้เสียชีวิตกว่า 200 คน ส่วนหนึ่งเป็นเพราะทหารเดินขบวนบนสะพานในลักษณะที่เพิ่มการแกว่งแบบเรโซแนนซ์^{[ 70 ]} สะพาน ทาโคมานาร์โรว์สพังทลายลงในปี 1940 จากลมที่มีความเร็ว 42 ไมล์ต่อชั่วโมง แม้ว่าสะพานจะได้รับการออกแบบให้ทนต่อลมได้ถึง 120 ไมล์ต่อชั่วโมง การตรวจสอบพบว่าผู้ออกแบบไม่ได้คำนึงถึงผลกระทบของลม เช่น การกระพือและการสั่นสะเทือนแบบเรโซแนนซ์^{[ 63 ]} สะพานโกลเดนเกตได้รับความเสียหายในปี 1951 เนื่องจากแรงลม และเป็นผลให้ได้รับการเสริมความแข็งแรงในช่วงปี 1950 ด้วยองค์ประกอบเสริมความแข็งแรงเพิ่มเติม^{[ 71 ]}

กระบวนการที่ใช้ในการออกแบบสะพานใช้วิธีการและเทคนิคการวิเคราะห์โครงสร้าง^{[ 73 ]} วิธีการเหล่านี้แบ่งสะพานออกเป็นส่วนประกอบย่อยๆ และวิเคราะห์ส่วนประกอบแต่ละส่วนแยกกัน โดยอยู่ภายใต้ข้อจำกัดบางประการ^{[ 73 ]}จากนั้นแบบจำลองการออกแบบสะพานที่เสนอจะถูกสร้างด้วยสูตรหรือแอปพลิเคชันคอมพิวเตอร์^{[ 73 ]} แบบจำลองจะรวมเอาภาระและความเค้นที่สะพานจะได้รับ ตลอดจนโครงสร้างและวัสดุของสะพาน แบบจำลองจะคำนวณความเค้นในสะพานและให้ข้อมูลแก่ผู้ออกแบบเพื่อระบุว่าการออกแบบนั้นตรงตามเป้าหมายการออกแบบที่ต้องการหรือไม่^{[ 73 ]}

แบบจำลองการออกแบบสะพานประกอบด้วยทั้งแบบจำลองทางคณิตศาสตร์และแบบจำลองเชิงตัวเลข [ ^{73 ] แบบ} จำลองทางคณิตศาสตร์ที่ใช้ประเมินภาระและความเค้นของสะพานเป็นสูตรที่ซับซ้อนซึ่งโดยทั่วไปจะรวมถึงสมการเชิงอนุพันธ์ การแก้สูตรเหล่านี้โดยตรงนั้นแทบจะเป็นไปไม่ได้ ดังนั้นจึงใช้แบบจำลองเชิงตัวเลขเพื่อให้ได้ผลลัพธ์โดยประมาณแต่แม่นยำ^{[ 73 ]} วิธี ไฟไนต์เอเลเมนต์เป็นแบบจำลองเชิงตัวเลขที่ใช้กันมากที่สุดในการวิเคราะห์ความเค้นและภาระของการออกแบบสะพานอย่างละเอียด^{[ 74 ] [ f ]} วิธีไฟไนต์เอเลเมนต์จำลองสะพานที่เสนอโดยการแบ่งออกเป็นชิ้นส่วนเล็กๆ ที่เชื่อมต่อกันจำนวนมาก และใช้อัลกอริธึมคอมพิวเตอร์กับชิ้นส่วนเหล่านั้น อัลกอริธึมจะจำลองความเค้นบนสะพานที่เกิดจากภาระ และสามารถวนซ้ำได้ตลอดเวลาเพื่อจำลองการเคลื่อนไหวแบบไดนามิก^{[ 76 ]}

นักออกแบบสะพานจะประเมินผลลัพธ์ของแบบจำลองเพื่อพิจารณาว่าการออกแบบนั้นตรงตามเป้าหมายการออกแบบหรือไม่ มีเกณฑ์หลายประการที่ได้รับการประเมินเมื่อพิจารณาว่าการออกแบบสะพานนั้นเพียงพอหรือไม่ รวมถึงการโก่งตัว การแตกร้าว ความล้าการดัด การเฉือน การบิด การโก่งงอ การทรุดตัว การรับน้ำหนัก และการเลื่อน^{[ 77 ]} เกณฑ์และค่าที่อนุญาตเรียกว่าสถานะจำกัดชุดของสถานะจำกัดที่เลือกสำหรับการออกแบบนั้นขึ้นอยู่กับโครงสร้างและวัตถุประสงค์ของสะพาน^{[ 77 ]}

เพื่อให้แน่ใจว่าการออกแบบสะพานที่เสนอมีความแข็งแรงเพียงพอที่จะทนต่อแรงกดดันที่คาดการณ์ได้ นักออกแบบสะพานส่วนใหญ่จึงใช้ วิธี การออกแบบสถานะจำกัด (หรือที่รู้จักกันในชื่อการออกแบบปัจจัยรับน้ำหนักและความต้านทานในสหรัฐอเมริกา) ^{[ 78 ]}วิธีการนี้เพิ่มระยะขอบความปลอดภัยให้กับการออกแบบสะพานโดยการรวมปัจจัยด้านความปลอดภัย เข้าไว้ ในกระบวนการออกแบบ^{[ 79 ]} ปัจจัยด้านความปลอดภัยถูกนำมาใช้สองวิธี: (ก) การเพิ่มภาระและแรงกดดันที่คาดการณ์ไว้ซึ่งสะพานจะได้รับ และ (ข) การลดความแข็งแรงที่คาดการณ์ไว้ของโครงสร้างสะพาน^{[ 80 ] [ g ]}ขนาดของปัจจัยด้านความปลอดภัยขึ้นอยู่กับการพิจารณาหลายประการ รวมถึงน้ำหนักคงที่ของสะพานเอง การจราจรของยานพาหนะ แผ่นดินไหว การไหลของน้ำหรือน้ำแข็ง (จากแม่น้ำหรือกระแสน้ำในมหาสมุทร) ที่กระทบกับฐานรากของสะพาน ฝน หิมะ หรือน้ำแข็งบนสะพาน ลม การทรุดตัวลงสู่ดิน และการชนกัน (เช่น ยานพาหนะบนดาดฟ้าชนกับหอสะพาน หรือเรือชนกับฐานรากของสะพาน) ^{[ 82 ]}

หลายประเทศมีองค์กรมาตรฐานที่เผยแพร่เอกสารที่ระบุแนวทางปฏิบัติและแบบแผนการสร้างสะพานที่ยอมรับได้ ในยุโรป องค์กรดังกล่าวคือคณะกรรมการมาตรฐานแห่งยุโรปและมาตรฐานที่เผยแพร่คือEurocodes ^{[ 83 ]} ในสหรัฐอเมริกาสมาคมเจ้าหน้าที่ทางหลวงและขนส่งแห่งรัฐอเมริกัน (AASHTO) เผยแพร่ข้อกำหนดการออกแบบสะพาน AASHTO LRFD ^{[ 84 ]} มาตรฐานสะพานของแคนาดาคือรหัสการออกแบบสะพานทางหลวงของแคนาดา ซึ่งพัฒนาโดย กลุ่ม CSAที่ไม่แสวงหาผลกำไร^{[ 85 ]}

เพื่อให้สะพานมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น สามารถป้องกันการเสื่อมสภาพของสะพานได้โดยการนำคุณสมบัติบางอย่างมาใช้ในการออกแบบ สะพานอาจเสื่อมสภาพเนื่องจากสาเหตุหลายประการ รวมถึงสนิม การกัดกร่อน ปฏิกิริยาทางเคมี และการเสียดสีทางกล การเสื่อมสภาพบางครั้งอาจมองเห็นได้เป็นสนิมบนส่วนประกอบเหล็ก หรือรอยแตกและการหลุดร่อนบนคอนกรีต^{[ ​​87 ]}

การเสื่อมสภาพสามารถชะลอลงได้ – จึงช่วยยืดอายุการใช้งานของสะพาน – ด้วยมาตรการต่างๆ โดยมีเป้าหมายหลักคือการป้องกันไม่ให้น้ำและออกซิเจนเข้าไปในส่วนประกอบของสะพาน^{[ 88 ]} เทคนิคในการป้องกันความเสียหายจากน้ำ ได้แก่ ระบบระบายน้ำ แผ่นเมมเบรนกันน้ำ (เช่น ฟิล์มโพลีเมอร์) และการกำจัดรอยต่อขยายตัว^{[ 89 ] [ h ]}

ส่วนประกอบสะพานคอนกรีตสามารถป้องกันได้ด้วยซีลกันน้ำและสารเคลือบ^{[ 91 ]} เหล็กเสริมภายในคอนกรีตสามารถป้องกันได้โดยการใช้คอนกรีตคุณภาพสูงและเพิ่มความหนาของคอนกรีตด้านนอก^{[ 92 ]}ส่วนประกอบเหล็กของสะพานสามารถป้องกันได้ด้วยสีหรือสารเคลือบสังกะสี^{[ 93 ]} สามารถหลีกเลี่ยงการทาสีสำหรับชิ้นส่วนเหล็กได้โดยสิ้นเชิงโดยการใช้โลหะผสมเหล็กบางชนิด เช่นเหล็กกล้าไร้สนิมหรือ เหล็กทนการผุกร่อน (โลหะผสมเหล็กที่ขจัดความจำเป็นในการทาสีโดยการสร้างชั้นสนิมป้องกันด้านนอก) ^{[ 94 ]}

การกัดเซาะสะพานเป็นปัญหาที่อาจร้ายแรงได้เมื่อฐานรากสะพานอยู่ในน้ำ กระแสน้ำสามารถทำให้ทรายและหินรอบๆ และใต้ฐานรากถูกชะล้างออกไปได้เมื่อเวลาผ่านไป ผลกระทบนี้สามารถบรรเทาได้โดยการสร้างเขื่อนชั่วคราวรอบฐานราก หรือล้อมรอบฐานรากด้วยหินเรียง^{[ 95 ]}

สะพานส่วนใหญ่มีลักษณะที่เน้นประโยชน์ใช้สอย แต่ในบางกรณี รูปลักษณ์ของสะพานอาจมีความสำคัญอย่างมาก^{[ 97 ]} โดยทั่วไปแล้ว สะพานจะดูสวยงามกว่าหากมีรูปทรงเรียบง่าย พื้นสะพานบางกว่าเมื่อเทียบกับช่วงความยาว เส้นของโครงสร้างต่อเนื่องกัน และรูปทรงขององค์ประกอบโครงสร้างสะท้อนถึงแรงที่กระทำต่อองค์ประกอบเหล่านั้น^{[ 98 ]}

นักประวัติศาสตร์ศิลปะDan Cruickshankเขียนว่าสะพานถือเป็นสิ่งสวยงามที่ผู้คนจำนวนมากมองเห็น: ^{[ 99 ]}

การก่อสร้างสะพานยังคงเป็น... การแสดงออกถึงความงามและความตื่นเต้นที่เกิดจากสิ่งก่อสร้างที่มนุษย์สร้างขึ้นอย่างแท้จริงที่สุด... สะพานที่เป็นก้าวแห่งศรัทธาและจินตนาการ... พวกมันเป็นการสร้างสรรค์ที่ท้าทายเทพเจ้า เป็นผลงานที่มีพลังแห่งธรรมชาติอย่างแท้จริง พวกมันเป็นวัตถุที่ความงามเป็นผลโดยตรงจากความเป็นเลิศด้านการใช้งาน ความสง่างามเชิงแนวคิด และความกล้าหาญในการออกแบบและการก่อสร้าง... สะพานที่ยิ่งใหญ่ – สะพานที่ท้าทายและควบคุมธรรมชาติ – กลายเป็นผลงานชิ้นเอกของธรรมชาติไปโดยปริยาย สะพานเป็นตัวแทนของแก่นแท้ของความเฉลียวฉลาดทางโครงสร้างของมนุษยชาติ... สะพานที่ยิ่งใหญ่มีผลกระทบทางอารมณ์ มีคุณภาพอันสูงส่งและความงามอันยิ่งใหญ่ที่ทำให้แม้แต่ผู้ที่ไม่คุ้นเคยกับการที่ประสาทสัมผัสของพวกเขาถูกกระตุ้นด้วยศิลปะทางสายตาก็ยังประทับใจ^{[ 99 ]}