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李國豪
(兩院院士、橋樑工程與力學專家、著名土木工程家)
鎖定
李國豪(1913年4月13日—2005年2月23日),廣東省梅州市梅縣區人。著名土木工程家,橋樑工程與力學專家、教育家、社會活動家,中國科學院和中國工程院院士,世界十大著名結構工程專家之一,梅州市首批發展戰略顧問。曾擔任同濟大學校長、國務院科學規劃委員會主任、上海市科學技術協會主席、上海市政協主席等職。
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- 中文名
- 李國豪
- 國 籍
- 中國
- 出生地
- 廣東省梅州市梅縣區
- 出生日期
- 1913年04月13日
李國豪人物生平
1913年4月13日,李國豪出生於廣東省梅州市梅縣區蓮塘村一個貧苦農家。李國豪5歲便在村裏上小學,課餘幫助母親做些家務和農活。13歲時,李國豪插班進入梅州市市立中學二年級,在校3年,李國豪成績突出,獲全校演講比賽獎。李國豪16歲時,眼光投向了外面的世界。在讀高一的時候走出梅州,一人去上海,順利考入國立同濟大學。
在為期兩年的德語預科班學習,到預科畢業時,學會英語、德語,為以後的學習、進修和國際學術交流打下了基礎。李國豪升讀同濟本科時,選擇工科,到三年級分系時,又從原來感興趣的機械轉向土木工程。李國豪1936年以全優成績畢業。而畢業前夕的一段實習經歷,決定了他未來的事業方向:他到杭州錢塘江橋工地上幹了一個月,從此,橋樑設計佔據了他人生的重要位置。
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1938年秋,李國豪獲德國洪堡獎學金資助,前往德國達姆施塔德工業大學進修。留學期間,他的表現與潛能引起土木系新到任的教授克雷伯爾的注意。愛才心切的克雷伯爾相中了李國豪,將他招至門下攻讀博士。
1939年春,李國豪結合當時擬在漢堡修建的一座主跨800米的公路鐵路兩用懸索橋工程,開始博士論文研究工作。他從二階理論的彈性彎曲微分方程悟出,懸索橋的受力相當於一個受豎向荷載的梁同時受一個軸向拉力。由此他延引出從概念到方法都十分新穎的博士論文《懸索橋按二階理論實用計算方法》,並用模型試驗加以驗證,從而以優異成績獲得工學博士學位。論文在《鋼結構》雜誌發表,這一年,李國豪剛剛26歲。
1939年,第二次世界大戰全面爆發,李國豪獲得博士學位後無法返回中國,留在克雷伯爾的教研室搞科研。1942年,李國豪又以論文《鋼構分析的幾何方法》,成為首名獲得德國“特許任教工學博士”學位的中國留學生,這位雙料博士對懸索橋、桁梁橋和結構穩定的分析作出了創造性成果,他的論文至今仍作為經典懸索橋二階理論的寶貴歷史遺產,被各國教材所引用,尤其在德國,“懸索橋李”在土木工程界流傳。
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二戰結束後,李國豪偕同妻子,坐上一列美軍軍列趕到巴黎。葉景恩在回到中國之旅中生下李歸華。幾個月後,他們坐從法國到越南的船,於1946年3月到達西貢(現改名為胡志明市)。
不久,李國豪帶着葉景恩與李歸華,踏上從西貢回中國的歸程。同行的還有劉獻之一家。到了上海後,在救濟總署等了三天,工部局局長趙祖康安排他進了工務局結構處。其後,同濟大學從四川遷回上海。
1946年,李國豪重返母校,出任土木系主任。
1948年,任同濟大學工學院院長。
1952年,院系調整後,他又被任命為同濟大學教務長,領導學校專業建設的重任,創辦了橋樑工程專業。
1953年5月,加入中國民主同盟。
1955年,開始培養橋樑工程研究生。
1956年,起任同濟大學副校長、第一副校長、國務院科學發展規劃委主任。
1956年2月,加入中國共產黨。
1958年,任南京長江大橋技術顧問委員會主任。
1959年,創建上海市力學學會,擔任第一任理事長。
1977年任同濟大學校長,他主持制定了同濟大學“嚴謹、求實、團結、創新”的校訓,提出“兩個轉變”辦學方針,恢復德語教學及與德國聯繫緊密的傳統,恢復同濟大學綜合性大學的發展定位。
1979年,任上海市科學技術協會第二屆主席、寶鋼顧問委員會首席顧問。
1982年,李國豪任中國力學學會第二屆副理事長。
1983年4月至1988年4月,任上海市第六屆政協主席。1984年不再擔任同濟大學校長後改任名譽校長。
1996–2002年,任上海國際航運中心洋山深水港工程歷次論證預評審會議專家組組長。
2000年,與14位院士寫信給中央領導,建議加快洋山深水港建設。
2002年,任東海大橋名譽顧問。
2005年2月23日17時37分,一代橋樑大師在上海華東醫院逝世,享年92歲。
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李國豪主要成就
李國豪是中國為數不多的雙院士之一,曾獲德國“歌德獎章”和“聯邦大十字勳章”,國際橋樑與結構協會“結構工程功績獎”,“何梁何利科技進步獎”。無論武漢長江大橋、上海南浦大橋、浙江錢塘江大橋,還是虎門珠江大橋,幾乎中國所有的重點橋樑都與“李國豪”三個字緊密相聯。擔任同濟大學校長後,他將同濟大學轉為以土建為主的綜合型大學,恢復德語教程及與德國高校和科研機構的傳統聯繫,建立起學生選課機制,率先實行學分制等。
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李國豪科研成就
- 科研綜述
李國豪的博士學位論文《懸索橋按二階理論實用分析方法》稱著德國,因而被名為“懸索橋李”。十年動亂期間,研究解決了武漢長江大橋的振動問題。著有《桁梁扭轉理論桁梁橋的扭轉、穩定和振動》和《公路橋樑荷載橫向分佈計算》。領導和進行工程抗震和抗爆方面研究,主編了《工程結構抗震動力學》和《工程結構抗爆動力學》及《橋樑結構穩定與振動》。其研究成果《關於樁的水平位移、內應力和承載力分析》幫助寶鋼順利解決了這一重大問題。
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1、懸索橋李——變位理論的實用方法
李國豪在研究懸索橋變位理論實用方法中發現:
(1)懸索橋變位引起非線性項相當於將主索的水平拉力直接作用在加勁樑上的效果。根據這一發現所提出的等效模型不但揭示了懸索橋力學本質,而且使這種複雜的結構分析一下子被簡化了,特別是為了振動分析鋪平了道路。
(2)雖然非線性項的存在使迭加原理失效,但影響線卻是橋樑計算中確定最不利加載位置的依據。考慮到大跨度懸索橋中活載相比於恆載較小的特點,李國豪提出了“奇異”影響線的概念,將非性問題在有限制的範圍內加以線性化。
(3)為了減輕反覆試算和迭代計算的困難,李國豪找到了通過三次線性理論的計算,然後以內插求解的途徑,巧妙地解決了問題。
上述三個基本思想構成了他的實用方法的骨架。這在20世紀40年代初是具有重大意義的突破。雖然在計算機已經普及的今天,人們已能方便地進行各種複雜的非線性分析,但李國豪的貢獻在方法論上的意義卻是永存的,他的論文至今仍作為經典懸索橋二階理論的寶貴歷史遺產而被各國教材所引用。特別是在德國,“懸索橋李”的美名一直在土木工程界流傳着。
2、結構穩定理論
在20世紀40年代初,理想中心壓桿的歐拉臨界力,即第一類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穩定壓潰荷載的研究尚處於探索階段。對於壓彎杆件包括一些壓彎的框架和拱是否存在分支點的問題,當時還缺少明確的認識。
李國豪在參加DIN4114規範的工作中區分兩類不同性質的穩定問題的重要性。他以能量變分的形式於1943年提出的“彈性平衡分支的充足辨別準則一文,從理論的高度闡明瞭兩者的本質區別和辨別準則。他的研究表明:由齊次方程所描述的平衡是其他各種可能的、由非齊次方程或積分方程所描述的平衡問題的一個特例。平衡存在分支點的條件是隻要所給定的平衡狀態中,不包含系統最低固有函數形式的變形分量。
這一辨別準則雖然不是提供具體的穩定驗算方法,但卻具有普遍的指導意義。它對於具有初始彎曲或扭轉的實際結構,如板的翹曲、梁的側傾、拱和剛架的屈曲以及杆的彎扭屈曲和桁梁橋側傾穩定等都是適用的。
3、離散杆繫結構的連續化分析方法和桁梁彎曲與扭轉理論
桁架是一種離散的杆繫結構。在計算機尚未問世的20世紀40年代,用古典的力法分析,即使只有十餘次超靜定桁架結構也是一件十分繁重的工作。1943年,李國豪在分析一座複雜的多腹杆菱形桁架體系時,面對50多次超靜定結構的困難,他想到了當時處理懸索橋吊杆的“膜理論”,將離散的桁架體系也化成連續體系,用微分方程來處理。他仔細推導了剛度轉換的等效關係,並用模型試驗反覆驗證,經過多次改進,終於達到了理論和試驗的一致,寫出了題為“桁架和類似體系結構計算的新方法”的論文,為桁架結構分析開闢了一條新的途徑,在離散結構和連續結構之間架起了橋樑。30年以後,李國豪又拿起了這一武器,把桁梁橋這種空間杆繫結構和閉口薄壁杆件的彎扭理論聯繫起來,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、穩定分析和振動分析的整套計算方法。同時也澄清了武漢長江大橋的晃動現象的本質。
李國豪還將當時剛剛誕生的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。分段離散後的單元又便於處理變截面和多跨連續等的實際情況以及考慮桁梁、拱和懸索等其他體系的相互組合,達到了靈活多變的境界。特別是對於穩定和振動分析,既能大大節省計算時間,又能取得足夠準確的結果。
4、橋樑振動理論
在20世紀30年代,鐵路橋樑在蒸汽機牽引列車通過時的強迫振動及衝擊係數問題是一個十分熱門的前沿課題,沒有人想到要研究像懸索橋這種複雜結構的振動問題。他很快就弄清了懸索橋的自振特性,並且順利地將Inglis用於梁式橋的振動理論移植過來,得到了滿意的解答。
20世紀50年代,他又將懸索橋的振動理論推廣應用於“拱橋振動問題”。
20世紀60年代,他承擔了結構抗爆的研究任務。結構抗爆問題的本質涉及到鋼筋混凝土地下防護結構的彈塑性振動力學,土動力學和爆炸波動力學等領域,這是一個尖端的非線性振動課題。李國豪使同濟大學逐漸成為中國防護工程和地震工程學科的研究中心之一。
1978年起,面對中國大跨度斜拉橋日益增多的新形勢,李國豪從研究斜拉橋動力分析有限元法入手,又開闢了橋樑抗風研究的新領域。經過多年努力,培養了一批人才;在橋樑風振理論領域創造性地提出了“多振型耦合顫振”的新概念,澄清了國際上將懸索橋的顫振理論直接用於斜拉橋所帶來的一些模糊問題;改進了顫振分析的試驗方法和數值計算方法,不僅在國內居領先地位,而且引起了國際工程界的注意。
1988年,李國豪探索斜拉橋顫振後性能的問題,這是一個從未有人研究過的領域。目的是為了使斜拉橋這一經濟合理的橋型向更大跨度發展,最大程度地發揮其抗風潛力。他的理論研究取得了有意義的成果,闡明瞭斜拉橋顫振後的振動之所以不迅速發散是由於斜纜索的“有效彈性模量”的非線性,而不是實際不存在的所謂“系統阻尼”作用的結果。
在結構振動的領域,他的貢獻遍及抗車輛衝擊、抗爆炸、抗震和抗風等所有方面。從基於變分原理的近似解析手段到有限元的數值解,他經歷了計算機前和計算機後兩個不同的時代。他不僅是駕駛經典手法的巨匠,也是運用新技術的能手。
5、梁橋荷載橫向分佈理論及橋樑空間分析
橋樑是一個空間結構,為了使空間分析平面化,荷載橫向分佈的計算是必不可少的。世界各國的學者在處理這一問題的過程中,形成了許多派別。他們的力學模型大都是一種近似處理,也都存在着各自的缺點。70年代初,李國豪下放到鎮北黃河大橋勞動時,結合工程實際,分析比較已有方法的優缺點,提出了一種原理簡單、又能概括所有其他各種計算方法的新的梁系模型。這一力學模型的特點是將橋面板沿縱向割開形成各主樑單元,同時將少數幾根橫隔梁的剛度分攤到橋面板中。在割開的板縫中忽略法向力和縱向剪力,只保留兩個對荷載分佈起主要作用的豎向剪力和彎矩。最後利用計算荷載橫向分佈的基本假定:即以正弦形狀荷載代替實際的列車荷載,使計算實用化。通過模型試驗,檢驗了方法的合理性和足夠的精度,並進一步編制了便於實用的圖表。新的梁系模型與實際橋樑最為接近,比梁格系模型的精度高,又克服了各向異性板模型需要來回換算的缺點,同時在計算中也反映了少數橫隔梁的重要作用。對於常用鉸接板和鉸接T梁橋,只要進一步略去板縫中的彎矩即可。因此,1977年,李國豪的《公路橋樑荷載橫向分佈計算》一書的出版,就成了這一延續30年的傳統課題的最後總結。
1978年,李國豪還發表了“拱橋荷載橫向分佈理論分析”一文,大大改進了當時在拱橋設計中普遍採用的平均分配法或剛性分配法等十分粗略的荷載橫向分佈計算。拱橋作為既受軸力又受彎矩的結構,有着不同於梁橋的荷載分佈規律。在它的理論分析中必須考慮分割的相鄰拱單元之間的所有內力。李國豪引伸對梁式橋的分析方法於拱橋,建立了這方面的理論,並以現場測試結果作了驗證。1989年,他又進一步推廣這種分析方法,完成了曲線橋荷載橫向分佈計算的研究。
在李國豪對橋樑空間分析的貢獻中,除前面在桁梁的彎曲與扭轉理論中所説的以外,應當特別提到他在1958年發表的“斜交各向異性板彎曲理論及其對於斜橋的應用”一文。他針對斜橋的實際構造,將正交各向異性板理論,通過斜交座標延伸為斜交各向異性板的彎曲理論,使各向同性斜板理論和斜交梁格系理論成為它的兩個特例。李國豪的這一開拓性的工作很快就引起了國外力學工作者的重視,並以“李氏理論”為名被學術界所引用。
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- 學術著作
主要論文
1939年《懸索橋按二階理論實用計算方法》
1942年《鋼構分析的幾何方法》
1943年《桁架和類似體系的結構分析新方法》
主要著作
1952年先後出版了橋樑工程專業這一領域內的第一部由中國人編寫的中文教材《鋼結構設計》和《鋼橋設計》。
李國豪主要著作(5張)
1977年《公路橋樑荷載橫向分佈計算》、
1980年《工程結構抗震動力學》
1983年《橋樑結構穩定與振動》
1987年英文版專著《箱梁桁梁橋的分析》。
- 成果獎勵
1978年全國科學大會獎。
1982年上海重大科技成果一等獎。
1982年國家自然科學三等獎。
1985年國家教委科技進步一等獎。
1986年上海市科技進步一等獎。
1987年國家科技進步二等獎。
1988年上海市科技進步一等獎。
1993年中國教委科技進步三等獎。
1995年他榮獲“何梁何利基金科技進步獎”。
李國豪榮譽表彰
1955年被選聘為首批中國科學院學部委員(院士)。
1981年被協會推選為世界十大著名結構工程專家之一。
1982年,李國豪榮獲聯邦德國歌德獎章。
1985年德國達姆施塔特工業大學授予他榮譽工學博士學。
1994年當選為中國工程院首批院士。
李國豪人才培養
在同濟大學百年發展史上,李國豪發揮的作用和影響最為長遠而深刻。李國豪對同濟大學的建設和發展,專攻的橋樑工程學科達到中國領先水平並在國際上具有顯著影響,起到了重要的作用。他倡導並親自組織實施同濟大學的“兩個轉變”,引領學校向恢復對德聯繫和德語教學傳統轉變,由土木為主的單科性大學向以理工為主的多科性大學轉變。“兩個轉變”的戰略構想,為同濟大學綜合性、國際化建設格局的確立奠定了堅實基礎。他提出建設教學和科研兩個中心,組織學校大批科技人員走上經濟建設第一線,促進教學、科研與經濟建設實際緊密結合,並身體力行,參加了上海黃浦江大橋的建設規劃和寶鋼建設論證等工作。為實現綜合性大學的理念,恢復醫學專業,他出訪海內外,廣泛聯絡校友,推薦優秀人才。其間學校經歷了許多大事,包括民主推舉校長、“211工程”、“985 工程”、兩次並校等等。
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李國豪人物評價
吳啓迪:李國豪崇尚真知、嚴謹求實的治學之道,誨人不倦、立校為公的崇高品德,為同濟大學留下了寶貴的精神財富。
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吳志明:李國豪不僅是中國工程科技界和教育界的楷模,還為上海政協事業發展作出了重要貢獻。
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李國豪人物紀念
2013年4月9日,上海各界齊聚同濟大學紀念世界著名橋樑專家、同濟大學名譽校長李國豪誕辰100週年。《學之師表國之英豪——紀念李國豪誕辰100週年文集》、《李國豪》、《中國橋樑史綱》、《中國橋樑2003-2013》等4本新書首發。
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2022年,同濟大學成立同濟大學國豪書院,“國豪書院”取自李國豪老校長之名,開啓培養拔尖創新人才的新徵程。
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- 參考資料
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- 1. 上海紀念著名橋樑專家李國豪誕辰100週年 .中國新聞網[引用日期2013-05-17]
- 2. 李國豪院士 .同濟大學校史館[引用日期2014-11-24]
- 3. 李國豪 一代宗師魂系大橋 .同濟大學新聞網. 2007-5-20 [引用日期2014-11-25]
- 4. 探訪世界著名橋樑專家李國豪故居 .中國新聞網[引用日期2013-12-07]
- 5. 李國豪 .中國科學院學部[引用日期2019-10-09]
- 6. 橋樑、力學專家李國豪 .上海檔案信息網[引用日期2013-05-17]
- 7. 李國豪 .中國工程院[引用日期2019-10-09]
- 8. 院士情懷在華夏 .中國民主同盟[引用日期2013-05-17]
- 9. 李國豪:一生才智架橋樑 .光明網[引用日期2014-11-25]
- 10. 李國豪 .梅州市政協[引用日期2021-07-16]
- 11. 【中國科學報】“同濟之魂”李國豪 .中國科學院[引用日期2021-07-17]
- 12. 中國橋樑專家-李國豪 .中國工程院[引用日期2021-07-17]
- 13. 同濟大學成立國豪書院 .人民科技官方賬號[引用日期2022-11-07]
- 14. 【新民網】同濟大學國豪書院啓航,開啓培養拔尖創新人才的新模式 .同濟大學新聞網[引用日期2022-11-07]
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