技术科学奖

  李国豪    桥梁结构、土木工程学家。1913年4月13 日生于广东梅县。1936年同济大学土木系毕业。1940年和1942年在德国 Darmstadt 工业大学先后获工学博士和特许任教博士学位。1955 年和1994年先后被选聘为中国科学院院士(学部委员)和中国工程院院士。现任同济大学名誉校长、教授。曾任同济大学校长等职务。

  李国豪是中国著名的桥梁结构力学家、土木工程学家和杰出的教育家。他毕生致力于高校教学和科学研究,为国家培育了几代高层次的土木工程科技人才。李国豪对结构理论的许多贡献(包括空间结构、非线性问题、桥梁稳定和振动等), 都有创造性的建树。李国豪作为国际桥梁与结构工程协会 (IABSE)的中国组组长,1981年被协会推选为世界十大著名结构工程专家之一(亚洲仅2人,另 1 人为日本学者),1987年又荣获“国际结构工程功绩奖”,这是对他所作贡献的崇高表彰。李国豪近年来为争取中国大跨度桥梁的自主设计权进行了不懈的努力,为中国桥梁界赢得了许多实践的机会,并为中国桥梁的技术进步与国际学术地位的提高都做出了重要的功绩。

  一、“悬索桥李”----变位理论的实用方法
 
  1925年,E.Melan 建立起悬索桥变位理论的微分方程。方程中出现的非线性项使基于迭加原理的影响线失效,而且必须反复迭代求解,给当时尚处于手算时代的工程师们带来十分繁重的计算工作。许多学者都想寻求一种近似方法以克服计算的困难。
 
  李国豪在他的研究中发现:
  1. 悬索桥变位引起非线性项相当于将主索的水平拉力直接作用在加劲梁上的效果。根据这一发现所提出的等效模型,不但揭示了悬索桥力学本质,而且使这种复杂的结构分析一下子被简化了,特别是为振动分析铺平了道路。
  2. 虽然非线性项的存在使迭加原理失效,但影响线却是桥梁计算中确定最不利加载位置的依据。考虑到大跨度悬索桥中活载相比于恒载较小的特点,李国豪提出了“奇异”影响线的概念,将非线性问题在有限制的范围内加以线性化。
  3. 为了减轻反复试算和迭代计算的困难,李国豪找到了通过3次线性理论的计算,然后内插求解的途径,巧妙地解决了问题。
  上述3个基本思想构成了他的实用方法的骨架。这在40年代初是具有重大意义的突破。他的论文至今仍作为经典悬索桥二阶理论的文献被各国教材所引用。特别是在德国,“悬索桥李”的美名一直流传着,在土木工程界受到一代学者的尊敬。
 
  二、结构稳定理论
 
  今天,西德标准 DIN 4114 结构稳定规范是全世界结构工程界所熟知的权威性文献。当年克雷帕尔教授是主持编写工作的负责人之一。 李国豪作为他的主要助手参加了许多条文的研究和编写工作,付出了大量的心血。
 
  在40年代初,理想中心压杆的欧拉临界力,即第一类稳定的分支压屈荷载已为工程界所掌握,而偏心压杆的第二类稳定压溃荷载的研究尚处于探索阶段。对于压弯杆件包括一些压弯的框架和拱是否存在分支点的问题,当时还缺少明确的认识。
 
  李国豪在参加DIN 4114 规范的工作中意识到区分两类不同性质的稳定问题的重要性。他以能量变分的形式于1943年提出的《弹性平衡分支的充足辨别准则》一文,从理论的高度阐明了两者的本质区别和辨别准则。
      
   这一辨别准则具有普遍的指导意义,它对于板的翘曲、梁的侧倾、拱和钢架的屈曲以及杆的弯扭屈曲等都是适用的。
 
  三、离散杆系结构的连续化分析方法和桁梁弯曲与扭转理论
 
  桁架是一种离散的杆系结构。在计算机尚未问世的40年代,用古典的力法分析,即使只有 10余次超静定桁架结构也是一件十分繁重的工作。1943年,李国豪在分析一座复杂的多腹杆菱形桁架体系时,提出了“桁架和类似体系计算的新方法”,开辟了离散结构分析的新途径。1973 年,他又建立了“桁梁的弯曲与扭转理论”,系统地解决了桁梁结构的空间分析、稳定分析和振动分析的整套计算方法。同时,也澄清了武汉长江大桥的晃动现象的本质。
 
  李国豪还将有限元法的思想引入了桁梁桥的分析。他把连续化了的桁梁结构再分段离散 , 建立了特殊的“桁梁有限元”,其中包括了反映桁梁横截面翘曲和畸变的必要的位移参数。分段离散后的单元又便于处理变截面和多跨连续等的实际情况以及考虑桁梁、拱和悬索等其他体系的相互组合,特别是对于稳定和振动分析,可以大大节省计算时间。
 
  四、结构振动理论
 
  30年代,铁路桥梁在蒸汽机车牵引的列车通过时的强迫振动问题是一个热门的课题,当时主要的研究对象是简支梁桥。汉堡公路二用悬索桥的设计提出了悬索桥的强迫振动问题,李国豪提出“等代梁”的概念顺利地解决了这一难题。50年代。他又将悬索桥的振动理论推广应用于拱桥振动问题。
 
  60年代,他承担了结构抗爆的研究任务。1976年唐山地震以后,李国豪又开始从事抗震研究。他带领大批教师投身到房屋和桥梁的抗震研究,使同济大学成为中国地震和防护工程学科的研究中心之一。70年代末,面临中国大跨度斜拉桥发展的新形势,他又带领助手开辟了桥梁抗风研究的新领域,培养了一批人才,确立了同济大学在中国抗风工程研究中的领先地位。
 
  五、桥梁空间分析
 
  1958年,李国豪发表了《斜交各向异性板弯曲理论及其对于斜桥的应用》一文,他通过斜交坐标将正交各向异性板理论延伸为斜交各向异性板的理论。这一开拓性工作引起了国外力学界的重视,并以“李氏理论”为名被广泛引用。
 
  桥梁是一个空间结构,一般都通过荷载横向分布的计算使空间分析平面化,世界各国学者在研究中为简化力学模型形成了许多学派。70年代初,李国豪提出了一种能概括所有各种算法的新的梁系模型,并编制了许多实用的图表,新的梁系模型与实际桥梁最为接近,计算简便,考虑了横隔梁的重要作用。1977 年,他的《公路桥梁荷载横向分布计算》一书的出版是这一延续30年的传统课题的最后总结。
 
  1978年,李国豪又发表了《拱桥荷载横向分布理论》一文,大大改进了当时普遍采用的粗略算法。1989年,他进一步推广这种分析方法,完成了曲线桥荷载横向分布计算的研究。
 
  六、促进中国大跨度桥梁建设的发展
 
  李国豪晚年的最大贡献是在他任上海市政协主席期间,多次向当时任上海市市长的江泽民呼吁自主设计南浦大桥,他所建议的结合梁斜拉桥方案经专家评审后被选为最后的实施方案,南浦大桥的成功兴建鼓舞了中国桥梁工程界的信心,促进了中国大跨度桥梁建设的发展,使中国桥梁技术在实践中取得了巨大的进步,提高了中国桥梁界的国际地位。
 
  继上海南浦大桥之后,他又致函当时的广东省省长叶选平,力陈广州虎门珠江大桥应当由中国人自己设计的主张,从而迎来了中国自主设计建造现代悬索桥的新时期。这体现了李国豪教授的强烈的爱国精神以及他作为中国土木工程学会理事长的责任心。他后来作为这两座大桥的顾问组组长对解决关键技术难题作出了重要贡献。
 
  七、为解决上海宝钢工程桩基水平位移问题作出了贡献
 
  80年代初,李国豪作为上海宝山钢铁总厂工程的技术顾问委员会的首席顾问,在避免一期工程下马和解决工程中的桩基水平位移问题中,以其远见卓识和出色的理论分析作出了重要贡献。
 
  李国豪教授的主要学术论文、著作目录
  1. Praktische Berechnung von Haengebruecken nach der Theorie Ⅱ Ordnung. Der Stahlbau,14(1941),H.14/15,S.65-69 und H.16/18,S.78-84;[15],1-12.
  2. Nebeneinfluesse bei der Berechnung von Haengebruecken nach der Theorie Ⅱ. Ordnung; Modellversuche. Forschungshefte aus dem Gebiet des Stahlbaues,1942,H. 5; 关于大跨悬索桥的分析。第11届全国桥梁学术年会论文集 ,1994,13-17.
  3. Lotrechte Schwingungen von Haengebruecken. Ingenieur Archiv,ⅩⅢ 1942,S.211-266;[15],13-22.
  4. Das hinreichende kriterium fuer den Verzweigungspunkt des elastischen  Gleichgewichts. Der Stahlbau,1943,H 6/7,S.17-21;[15],79-91.
  5. Ermittlung der Einfluesslinien von Stabwerken auf geometrischem Wege. Der Stahlbau, 1943,H.12/13.
  6. 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; 关于复式桁梁钢桥的特点和设计计算,同济大学学报 ,1958.5:1-15.
  7. 钢结构设计 ,1952; 钢桥设计 ,1954, 上海龙门联合书局 .
  8. 斜交各向异性板弯曲理论及其对于斜桥的应用 .力学学报 ,2 1958,1:78-88;[15],103-112.
  9. 桥梁结构稳定与振动 .人民铁道出版社 ,1965; 第 2 版 1992.
  10. 桁梁扭转理论--桁梁桥的扭转 , 稳定和振动 .人民交通出版社 ,1975.
  11. 桁梁桥空间内力, 稳定,振动分析 .中国科学 ,1978,6:687;Analysis of stress ,stabil- ity ,and vibration of truss bridges ,Scientia Sinica,XXI 1978,6:757 --766;[15],139-189.
  12. 公路桥梁荷载横向分布计算 .人民交通出版社 ,1977; 第 2 版 1987;[15],43-76.
  13. 工程结构抗震动力学,1980; 工程结构抗爆动力学 .上海科学技术出版社 ,1989.
  14. 关于桩的水平位移,内力和承载力 .上海力学 ,1981,1:1-10;[15],236-244.
  15. 桥梁与结构理论研究 .上海科学技术文献出版社 ,1983.
  16. Analysis of Box Girder and Truss Bridges ,China Academic Publishers/Springer Verlag,1987.
  17. 斜拉桥颤振后状态的理论分析.土木工程学报 ,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.
  18. 曲线桥梁荷载横向分布理论分析 .土木工程学报 ,1990,1:1 -- 11.
  19. 正交结构的斜梁桥的荷载横向分布分析 .同济大学学报 ,1993,1:1--7; Selected  Papers of Tongji University ,1993,1-8; 上海力学 ,1993,2:1 -- 7.
  20. 斜交结构的斜梁桥的荷载横向分布分析 .同济大学学报 ,1994,4:395-400;Selected Papers of Tongji University ,1994,1-8.