技術(shù)
李國豪 教授
技術(shù)科學(xué)獎
1995年
李國豪??? 橋梁結構、土木工程學(xué)家。1913年4月13 日生于廣東梅縣。1936年同濟大學(xué)土木系畢業(yè)。1940年和1942年在德國 Darmstadt 工業(yè)大學(xué)先后獲工學(xué)博士和特許任教博士學(xué)位。1955 年和1994年先后被選聘為中國科學(xué)院院士(學(xué)部委員)和中國工程院院士?，F任同濟大學(xué)名譽(yù)校長(cháng)、教授。曾任同濟大學(xué)校長(cháng)等職務(wù)。
李國豪是中國著(zhù)名的橋梁結構力學(xué)家、土木工程學(xué)家和杰出的教育家。他畢生致力于高校教學(xué)和科學(xué)研究，為國家培育了幾代高層次的土木工程科技人才。李國豪對結構理論的許多貢獻（包括空間結構、非線(xiàn)性問(wèn)題、橋梁穩定和振動(dòng)等）， 都有創(chuàng )造性的建樹(shù)。李國豪作為國際橋梁與結構工程協(xié)會(huì ) (IABSE)的中國組組長(cháng)，1981年被協(xié)會(huì )推選為世界十大著(zhù)名結構工程專(zhuān)家之一（亞洲僅2人，另 1 人為日本學(xué)者），1987年又榮獲“國際結構工程功績(jì)獎”，這是對他所作貢獻的崇高表彰。李國豪近年來(lái)為爭取中國大跨度橋梁的自主設計權進(jìn)行了不懈的努力，為中國橋梁界贏(yíng)得了許多實(shí)踐的機會(huì )，并為中國橋梁的技術(shù)進(jìn)步與國際學(xué)術(shù)地位的提高都做出了重要的功績(jì)。
一、“懸索橋李”----變位理論的實(shí)用方法
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1925年，E.Melan 建立起懸索橋變位理論的微分方程。方程中出現的非線(xiàn)性項使基于迭加原理的影響線(xiàn)失效，而且必須反復迭代求解，給當時(shí)尚處于手算時(shí)代的工程師們帶來(lái)十分繁重的計算工作。許多學(xué)者都想尋求一種近似方法以克服計算的困難。
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李國豪在他的研究中發(fā)現：
- 懸索橋變位引起非線(xiàn)性項相當于將主索的水平拉力直接作用在加勁梁上的效果。根據這一發(fā)現所提出的等效模型，不但揭示了懸索橋力學(xué)本質(zhì)，而且使這種復雜的結構分析一下子被簡(jiǎn)化了，特別是為振動(dòng)分析鋪平了道路。
- 雖然非線(xiàn)性項的存在使迭加原理失效，但影響線(xiàn)卻是橋梁計算中確定最不利加載位置的依據?？紤]到大跨度懸索橋中活載相比于恒載較小的特點(diǎn)，李國豪提出了“奇異”影響線(xiàn)的概念，將非線(xiàn)性問(wèn)題在有限制的范圍內加以線(xiàn)性化。
- 為了減輕反復試算和迭代計算的困難，李國豪找到了通過(guò)3次線(xiàn)性理論的計算，然后內插求解的途徑，巧妙地解決了問(wèn)題。
上述3個(gè)基本思想構成了他的實(shí)用方法的骨架。這在40年代初是具有重大意義的突破。他的論文至今仍作為經(jīng)典懸索橋二階理論的文獻被各國教材所引用。特別是在德國，“懸索橋李”的美名一直流傳著(zhù)，在土木工程界受到一代學(xué)者的尊敬。
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二、結構穩定理論
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今天，西德標準 DIN 4114 結構穩定規范是全世界結構工程界所熟知的權威性文獻。當年克雷帕爾教授是主持編寫(xiě)工作的負責人之一?！±顕雷鳛樗闹饕謪⒓恿嗽S多條文的研究和編寫(xiě)工作，付出了大量的心血。
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在40年代初，理想中心壓桿的歐拉臨界力，即第一類(lèi)穩定的分支壓屈荷載已為工程界所掌握，而偏心壓桿的第二類(lèi)穩定壓潰荷載的研究尚處于探索階段。對于壓彎桿件包括一些壓彎的框架和拱是否存在分支點(diǎn)的問(wèn)題，當時(shí)還缺少明確的認識。
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李國豪在參加DIN 4114 規范的工作中意識到區分兩類(lèi)不同性質(zhì)的穩定問(wèn)題的重要性。他以能量變分的形式于1943年提出的《彈性平衡分支的充足辨別準則》一文，從理論的高度闡明了兩者的本質(zhì)區別和辨別準則。
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?這一辨別準則具有普遍的指導意義，它對于板的翹曲、梁的側傾、拱和鋼架的屈曲以及桿的彎扭屈曲等都是適用的。
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三、離散桿系結構的連續化分析方法和桁梁彎曲與扭轉理論
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桁架是一種離散的桿系結構。在計算機尚未問(wèn)世的40年代，用古典的力法分析，即使只有 10余次超靜定桁架結構也是一件十分繁重的工作。1943年，李國豪在分析一座復雜的多腹桿菱形桁架體系時(shí)，提出了“桁架和類(lèi)似體系計算的新方法”，開(kāi)辟了離散結構分析的新途徑。1973 年，他又建立了“桁梁的彎曲與扭轉理論”，系統地解決了桁梁結構的空間分析、穩定分析和振動(dòng)分析的整套計算方法。同時(shí)，也澄清了武漢長(cháng)江大橋的晃動(dòng)現象的本質(zhì)。
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李國豪還將有限元法的思想引入了桁梁橋的分析。他把連續化了的桁梁結構再分段離散 , 建立了特殊的“桁梁有限元”，其中包括了反映桁梁橫截面翹曲和畸變的必要的位移參數。分段離散后的單元又便于處理變截面和多跨連續等的實(shí)際情況以及考慮桁梁、拱和懸索等其他體系的相互組合，特別是對于穩定和振動(dòng)分析，可以大大節省計算時(shí)間。
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四、結構振動(dòng)理論
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30年代，鐵路橋梁在蒸汽機車(chē)牽引的列車(chē)通過(guò)時(shí)的強迫振動(dòng)問(wèn)題是一個(gè)熱門(mén)的課題，當時(shí)主要的研究對象是簡(jiǎn)支梁橋。漢堡公路二用懸索橋的設計提出了懸索橋的強迫振動(dòng)問(wèn)題，李國豪提出“等代梁”的概念順利地解決了這一難題。50年代。他又將懸索橋的振動(dòng)理論推廣應用于拱橋振動(dòng)問(wèn)題。
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60年代，他承擔了結構抗爆的研究任務(wù)。1976年唐山地震以后，李國豪又開(kāi)始從事抗震研究。他帶領(lǐng)大批教師投身到房屋和橋梁的抗震研究，使同濟大學(xué)成為中國地震和防護工程學(xué)科的研究中心之一。70年代末，面臨中國大跨度斜拉橋發(fā)展的新形勢，他又帶領(lǐng)助手開(kāi)辟了橋梁抗風(fēng)研究的新領(lǐng)域，培養了一批人才，確立了同濟大學(xué)在中國抗風(fēng)工程研究中的領(lǐng)先地位。
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五、橋梁空間分析
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1958年，李國豪發(fā)表了《斜交各向異性板彎曲理論及其對于斜橋的應用》一文，他通過(guò)斜交坐標將正交各向異性板理論延伸為斜交各向異性板的理論。這一開(kāi)拓性工作引起了國外力學(xué)界的重視，并以“李氏理論”為名被廣泛引用。
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橋梁是一個(gè)空間結構，一般都通過(guò)荷載橫向分布的計算使空間分析平面化，世界各國學(xué)者在研究中為簡(jiǎn)化力學(xué)模型形成了許多學(xué)派。70年代初，李國豪提出了一種能概括所有各種算法的新的梁系模型，并編制了許多實(shí)用的圖表，新的梁系模型與實(shí)際橋梁最為接近，計算簡(jiǎn)便，考慮了橫隔梁的重要作用。1977 年，他的《公路橋梁荷載橫向分布計算》一書(shū)的出版是這一延續30年的傳統課題的最后總結。
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1978年，李國豪又發(fā)表了《拱橋荷載橫向分布理論》一文，大大改進(jìn)了當時(shí)普遍采用的粗略算法。1989年，他進(jìn)一步推廣這種分析方法，完成了曲線(xiàn)橋荷載橫向分布計算的研究。
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六、促進(jìn)中國大跨度橋梁建設的發(fā)展
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李國豪晚年的最大貢獻是在他任上海市政協(xié)主席期間，多次向當時(shí)任上海市市長(cháng)的江澤民呼吁自主設計南浦大橋，他所建議的結合梁斜拉橋方案經(jīng)專(zhuān)家評審后被選為最后的實(shí)施方案，南浦大橋的成功興建鼓舞了中國橋梁工程界的信心，促進(jìn)了中國大跨度橋梁建設的發(fā)展，使中國橋梁技術(shù)在實(shí)踐中取得了巨大的進(jìn)步，提高了中國橋梁界的國際地位。
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繼上海南浦大橋之后，他又致函當時(shí)的廣東省省長(cháng)葉選平，力陳廣州虎門(mén)珠江大橋應當由中國人自己設計的主張，從而迎來(lái)了中國自主設計建造現代懸索橋的新時(shí)期。這體現了李國豪教授的強烈的愛(ài)國精神以及他作為中國土木工程學(xué)會(huì )理事長(cháng)的責任心。他后來(lái)作為這兩座大橋的顧問(wèn)組組長(cháng)對解決關(guān)鍵技術(shù)難題作出了重要貢獻。
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七、為解決上海寶鋼工程樁基水平位移問(wèn)題作出了貢獻
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80年代初，李國豪作為上海寶山鋼鐵總廠(chǎng)工程的技術(shù)顧問(wèn)委員會(huì )的首席顧問(wèn)，在避免一期工程下馬和解決工程中的樁基水平位移問(wèn)題中，以其遠見(jiàn)卓識和出色的理論分析作出了重要貢獻。
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李國豪教授的主要學(xué)術(shù)論文、著(zhù)作目錄
- Praktische Berechnung von Haengebruecken nach der Theorie?? Ordnung. Der Stahlbau,14(1941),H.14/15,S.65-69 und H.16/18,S.78-84;[15],1-12.
- Nebeneinfluesse bei der Berechnung von Haengebruecken nach der Theorie??. Ordnung; Modellversuche. Forschungshefte aus dem Gebiet des Stahlbaues,1942,H. 5; 關(guān)于大跨懸索橋的分析。第11屆全國橋梁學(xué)術(shù)年會(huì )論文集 ,1994,13-17.
- Lotrechte Schwingungen von Haengebruecken. Ingenieur Archiv,?? 1942,S.211-266;[15],13-22.
- Das hinreichende kriterium fuer den Verzweigungspunkt des elastischen? Gleichgewichts. Der Stahlbau,1943,H 6/7,S.17-21;[15],79-91.
- Ermittlung der Einfluesslinien von Stabwerken auf geometrischem Wege. Der Stahlbau, 1943,H.12/13.
- Berechnung der Fachwerke und verwandter Systeme auf neuem Wege.Der Stahlbau, 17 1944,H.8/9,S.35;H.10/11,S..41;Analysis of Lattice Trusses.Science Record Sinica,2 1949,4:393-401; 關(guān)于復式桁梁鋼橋的特點(diǎn)和設計計算,同濟大學(xué)學(xué)報 ,1958.5:1-15.
- 鋼結構設計 ,1952; 鋼橋設計 ,1954, 上海龍門(mén)聯(lián)合書(shū)局 .
- 斜交各向異性板彎曲理論及其對于斜橋的應用 .力學(xué)學(xué)報 ,2 1958,1:78-88;[15],103-112.
- 橋梁結構穩定與振動(dòng) .人民鐵道出版社 ,1965; 第 2 版 1992.
- 桁梁扭轉理論--桁梁橋的扭轉 , 穩定和振動(dòng) .人民交通出版社 ,1975.
- 桁梁橋空間內力, 穩定,振動(dòng)分析 .中國科學(xué) ,1978,6:687;Analysis of stress ,stabil- ity ,and vibration of truss bridges ,Scientia Sinica,XXI 1978,6:757 --766;[15],139-189.
- 公路橋梁荷載橫向分布計算 .人民交通出版社 ,1977; 第 2 版 1987;[15],43-76.
- 工程結構抗震動(dòng)力學(xué),1980; 工程結構抗爆動(dòng)力學(xué) .上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 ,1989.
- 關(guān)于樁的水平位移,內力和承載力 .上海力學(xué) ,1981,1:1-10;[15],236-244.
- 橋梁與結構理論研究 .上?？茖W(xué)技術(shù)文獻出版社 ,1983.
- Analysis of Box Girder and Truss Bridges ,China Academic Publishers/Springer Verlag,1987.
- 斜拉橋顫振后狀態(tài)的理論分析.土木工程學(xué)報 ,21(1988),4:1-18;On the post-flutter state of cable-stayed bridges. Proc. of a ?Session in ASCE Natl. Conv. ?Nashville,Tennessee,1988.
- 曲線(xiàn)橋梁荷載橫向分布理論分析 .土木工程學(xué)報 ,1990,1:1?-- 11.
- 正交結構的斜梁橋的荷載橫向分布分析 .同濟大學(xué)學(xué)報 ,1993,1:1--7; Selected ?Papers of Tongji University ,1993,1-8; 上海力學(xué) ,1993,2:1?-- 7.
- 斜交結構的斜梁橋的荷載橫向分布分析 .同濟大學(xué)學(xué)報 ,1994,4:395-400;Selected Papers of Tongji University ,1994,1-8.