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标  题: 李国豪略传（3）
发信站: 哈工大紫丁香 (Thu Feb 24 11:28:24 2005), 转信

对大跨度桥梁结构中的空间和非线性分析方法以及稳定和振动问题都做出了开创性工作

　　［悬索桥李］——变位理论的实用方法
　　李国豪在研究悬索桥变位理论实用方法中发现：
　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，特别是为了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，李国豪找到了通过三次线性理论的计算，然后以内插求解的途径，巧妙地解决了问题。
　　上述三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。虽然在计算机已经普及的今天，人们已能方便地进行各种复杂的非线性分析，但李国豪的贡献在方法论上的意义却是永存的，他的论文至今仍作为经典悬索桥二阶理论的宝贵历史遗产而被各国教材所引用。特别是在德国，“悬索桥李”的美名一直在土木工程界流传着。
　　结构稳定理论
　　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ＤＩＮ４１１４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。他的研究表明：由齐次方程所描述的平衡是其他各种可能的、由非齐次方程或积分方程所描述的平衡问题的一个特例。平衡存在分支点的条件是只要所给定的平衡状态中，不包含系统最低固有函数形式的变形分量。
　　这一辨别准则虽然不是提供具体的稳定验算方法，但却具有普遍的指导意义。它对于具有初始弯曲或扭转的实际结构，如板的翘曲、梁的侧倾、拱和刚架的屈曲以及杆的弯扭屈曲和桁梁桥侧倾稳定等都是适用的。
　　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，即使只有十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，面对５０多次超静定结构的困难，他想到了当时处理悬索桥吊杆的“膜理论”，将离散的桁架体系也化成连续体系，用微分方程来处理。他仔细推导了刚度转换的等效关系，并用模型试验反复验证，经过多次改进，终于达到了理论和试验的一致，写出了题为“桁架和类似体系结构计算的新方法”的论文，为桁架结构分析开辟了一条新的途径，在离散结构和连续结构之间架起了桥梁。３０年以后，李国豪又拿起了这一武器，把桁梁桥这种空间杆系结构和闭口薄壁杆件的弯扭理论联系起来，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。
　　李国豪还将当时刚刚诞生的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，达到了灵活多变的境界。特别是对于稳定和振动分析，既能大大节省计算时间，又能取得足够准确的结果。
　　桥梁振动理论
　　在３０年代，铁路桥梁在蒸汽机牵引列车通过时的强迫振动及冲击系数问题是一个十分热门的前沿课题，没有人想到要研究像悬索桥这种复杂结构的振动问题。他很快就弄清了悬索桥的自振特性，并且顺利地将Ｉｎｇｌｉｓ用于梁式桥的振动理论移植过来，得到了满意的解答。
　　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。结构抗爆问题的本质涉及到钢筋混凝土地下防护结构的弹塑性振动力学，土动力学和爆炸波动力学等领域，这是一个尖端的非线性振动课题。李国豪使同济大学逐渐成为我国防护工程和地震工程学科的研究中心之一。
　　１９７８年起，面对我国大跨度斜拉桥日益增多的新形势，李国豪从研究斜拉桥动力分析有限元法入手，又开辟了桥梁抗风研究的新领域。经过多年努力，培养了一批人才；在桥梁风振理论领域创造性地提出了“多振型耦合颤振”的新概念，澄清了国际上将悬索桥的颤振理论直接用于斜拉桥所带来的一些模糊问题；改进了颤振分析的试验方法和数值计算方法，不仅在国内居领先地位，而且引起了国际工程界的注意。
　　１９８８年，李国豪已值古稀之年，但仍壮心不已，兴致勃勃地探索斜拉桥颤振后性能的问题，这是一个从未有人研究过的领域。目的是为了使斜拉桥这一经济合理的桥型向更大跨度发展，最大程度地发挥其抗风潜力。他的理论研究取得了有意义的成果，阐明了斜拉桥颤振后的振动之所以不迅速发散是由于斜缆索的“有效弹性模量”的非线性，而不是实际不存在的所谓“系统阻尼”作用的结果。
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