铁路是光滑的钢制车轮在同样光滑的钢轨上运行，所以滚动摩擦系数很小，这使得铁路可以用较小的牵引力运行，能效比较高，也造成铁路的弱点，即不能爬上较高的坡度。所以铁路线路一般坡度都不大，尤其在以前蒸汽机车时代，牵引力更小，所以坡度要求更小，比如单机坡千分之六，双机坡千分之十二点五。
为什么钢材要有工字结构？
谢谢邀请，我们在目前市面上常见的有螺纹钢，U形槽钢,L形角钢,工字钢,圆钢,扁钢,T形钢,口形钢,空心管型钢等等材料.... 当种钢材对应的使用方法都不一样，工字钢我们最常见的就是火车铁轨，现代的火车载重量都相当大，为了可以经得起载重相当大的车辆施加的压力，钢轨的顶面必须有一定的宽度及厚度来承受这些压力。
为了提高钢轨的稳定性，钢轨的底面也必须有一定的宽度；并且为了适应带有轮缘的车轮，钢轨也要有相当的高度。工字形的钢轨刚好可以满足这三方面的要求。并且从材料力学的观点来看，这种形式的钢轨的强度相当高，恰好充分合理地利用了钢材，所以工字形断面，就被选定为最好的钢轨断面。如果一个钢构件用来承担竖向的,均匀分布或接近均匀分布的荷载,而它本身是水平的,它的截面就必须具有这样的形状才能具备最佳效果:大部分材料分布于截面顶端或者底端,以充分利用纤维的受力性能.否则,就会造成浪费.通常情况下为了营造活动所需要的平面,一个结构空间就必须有大量的水平梁----它就是以上提到的那种构件.所以,几乎所有的梁都是工字形或者槽形或者方管形.如果一个钢构件用来承担竖向的荷载,而它也是竖直方向的,它的截面就必须具有这样的形状才能具备最佳效果:大部分材料集中到轴线外部,以充分利用纤维的受力性能.否则,就会造成浪费.通常情况下为了营造活动所需要的高度空间,一个结构空间就必须有大量的柱子----它就是以上提到的那种构件.所以,很多钢结构的柱子都是空心的,当然有些柱子里浇注了混凝土,这是为了更优越的安全性能而不惜增加营建成本。
为什么铁路要设计成灯泡形？
应该说的是展线，俗称灯泡线。铁路是光滑的钢制车轮在同样光滑的钢轨上运行，所以滚动摩擦系数很小，这使得铁路可以用较小的牵引力运行，能效比较高，但是也造成铁路的弱点，即不能爬上较高的坡度。所以铁路线路一般坡度都不大，尤其在以前蒸汽机车时代，牵引力更小，所以坡度要求更小，比如单机坡千分之六，双机坡千分之十二点五。
