作為土木工程學(xué)家、橋梁結(jié)構(gòu)力學(xué)專家和工程教育家，李國豪以其不懈的努力，在人生和事業(yè)的道路上取得了為世人矚目的成就。他畢生致力于教學(xué)和科學(xué)研究工作，創(chuàng)造性地解決了大跨度橋梁結(jié)構(gòu)中的空間和非線性分析方法以及穩(wěn)定和振動中的許多難題，對橋梁結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展做出了突出的貢獻(xiàn)。
留學(xué)——奠定堅實理論基礎(chǔ)
1929年，16歲的李國豪考入當(dāng)時以醫(yī)科和工科著名的國立同濟(jì)大學(xué)，經(jīng)過兩年德語預(yù)科的學(xué)習(xí)，他能夠熟練地聽、講、讀、寫德語，這為他以后的學(xué)習(xí)、進(jìn)修和國際學(xué)術(shù)交流創(chuàng)造了優(yōu)越的條件。1938年秋，李國豪由德國洪堡獎學(xué)金資助到德國達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)進(jìn)修。由于他的大學(xué)學(xué)習(xí)成績特別突出，德國破例批準(zhǔn)他直接考博士學(xué)位。1939年春，李國豪結(jié)合當(dāng)時擬在漢堡修建的一座主跨800米的公路鐵路兩用懸索橋開始博士論文研究工作。他從懸索橋加勁梁變位理論（二階理論）的彈性彎曲微分方程悟出懸索橋的受力相當(dāng)于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《懸索橋按二階理論實用計算方法》，并用模型試驗加以驗證。不到一年，他就完成了論文，并以最優(yōu)異的成績獲得工學(xué)博士學(xué)位。論文在《鋼結(jié)構(gòu)》雜志發(fā)表后，在橋梁工程界引起了極大反響，從此這個中國人以“懸索橋李”出名。
第二次世界大戰(zhàn)期間，李國豪一直在雷帕爾教研室工作，除了參加鋼結(jié)構(gòu)焊接問題的研究外，對懸索橋、桁梁橋和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的分析都作出了創(chuàng)造性的成績．發(fā)表了近10篇重要論文。
首先，他繼續(xù)針對漢堡擬建的懸索橋作了深入的研究。他揭示出三跨連續(xù)加勁梁不設(shè)中間支座的體系無支承彎矩高峰的優(yōu)點，這種體系終于在70年代在美國修建的一座斜拉橋上被采用了；他深入分析鐵路荷載對懸索橋的動力作用，其分析方法和分析結(jié)果都填補(bǔ)了當(dāng)時的空白。
1943年夏，他又接受了一個艱巨的任務(wù)，要求比較精確地分析一座90米跨度的多腹桿系鋼桁架橋的主桁內(nèi)力，如實考慮弦桿在節(jié)點的剛固連接。他經(jīng)過長時間艱苦的思索，設(shè)想將桁架這個由桿件組成的離散體系化成為連續(xù)體的力學(xué)模型，用微分方程去求解，發(fā)表了論文《桁架和類似體系的結(jié)構(gòu)分析新方法》。
歸國——一心報國 碩果累累
二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，已遷至德國南部的李國豪偕同妻子葉景恩，歷盡艱難回到祖國。在途經(jīng)法國馬賽時，他們的第一個孩子出世，取名“歸華”，意喻回歸中華，歸華果然為全家?guī)砹撕眠\。幾個月后，他們終于搭乘到了一艘從法國到越南的船只，到了西貢（現(xiàn)改名為胡志明市）。那是1946年3月。在西貢，領(lǐng)事館招待了食宿，他記憶猶新，那伙食非常的糟，唯一值得慶幸的是，離祖國更近了一步；而他當(dāng)時最大的心愿就是回到祖國去!到達(dá)上海后，他滿懷期望去參加橋梁工程建設(shè)，但是并不順利，于是又回到同濟(jì)大學(xué)。1952年，他領(lǐng)導(dǎo)院系調(diào)整學(xué)校的專業(yè)建設(shè)，創(chuàng)辦了橋梁工程專業(yè)，并先后出版了中國第一部在此領(lǐng)域的中文教材《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計》和《鋼橋設(shè)計》；1955年開始培養(yǎng)橋梁工程研究生之后，又出版了《橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與震動》。
1955年，42歲的李國豪成為首批中國科學(xué)院技術(shù)部學(xué)部委員（即今中國科學(xué)院院士）。1956年，出任同濟(jì)大學(xué)副校長，不久，創(chuàng)辦工程力學(xué)專業(yè)，親自講授板、殼力學(xué)，為中國培養(yǎng)出首批工程力學(xué)專業(yè)的大學(xué)生。自五十年代中期開始，他先后應(yīng)聘擔(dān)任舉世聞名的武漢長江大橋和南京長江大橋的技術(shù)顧問委員會委員和主任委員。從那時起，這位才華卓著的學(xué)者為國家的眾多重大工程建設(shè)（尤其是橋梁工程建設(shè)）嘔心瀝血，功績輝煌。從武漢長江大橋、南京長江大橋，到后來的上海南浦大橋、江陰長江大橋、虎門珠江大橋、汕頭海灣大橋、長江口交通通道、杭州灣交通通道、瓊州海峽交通通道、伶仃洋大橋等處處都留下了他的足跡。
1966年，“文革”開始，李國豪以莫須有罪名被囚于隔離室中，長達(dá)兩年之久，他在隔離室從廣播中獲知南京長江大橋通車，他想起了武漢長江大橋，因為就在那年的通車典禮中，大橋出現(xiàn)了晃動現(xiàn)象，而晃動的原因始終沒有一個令人信服的科學(xué)解釋。他在囚室中開始了對這個問題的艱難研究。他兩手空空，身無片紙，憑著一顆對祖國對事業(yè)的愛心，憑著卓越超群的理論基礎(chǔ)，敏銳的創(chuàng)造思維和出色的記憶力，參考過去的成功經(jīng)驗，把桁梁橋這種空間離散體系化為連續(xù)體模型，建立彈性彎曲和扭轉(zhuǎn)的微分方程去求解。他利用僅有的報紙的邊角和夾縫，偷偷地推導(dǎo)和計算，達(dá)到了忘我的境界，經(jīng)過近一年的功夫，終于取得了理論分析的初步成功。
而后，在校內(nèi)監(jiān)督勞動期間，他在家里做桁梁橋模型和扭轉(zhuǎn)試驗，并繼續(xù)完善理論分析計算，最后于1973年完成了他在多年“囚徒”歲月中嘔心瀝血寫成的專著《桁梁扭轉(zhuǎn)理論——桁梁橋的扭轉(zhuǎn)、穩(wěn)定和振動》，它既闡明了武漢大橋的振動問題，又開拓了桁梁橋結(jié)構(gòu)的分析理論。從七十年代開始，李國豪還結(jié)合工程實際，致力于公路橋梁荷載橫向分布的研究，并在這一時期內(nèi)寫成專著《公路橋梁荷載橫向分布計算》；后又推廣于研究拱橋、曲線橋和斜梁橋的荷載橫向分布，再獲成功。至此，這位結(jié)構(gòu)工程的專家已建構(gòu)起一個基于同一原理和力學(xué)模式、適用于中外各種公路橋梁的、荷載橫向分布計算的統(tǒng)一方法。進(jìn)入八十年代，他先后主持編寫《工程結(jié)構(gòu)抗震動力學(xué)》和《工程結(jié)構(gòu)抗爆動力學(xué)》，重建結(jié)構(gòu)理論研究所，組建橋梁研究室，開展橋梁的空間分析、穩(wěn)定、抗震、風(fēng)振和車輛振動方面的研究，培養(yǎng)了大批的博士研究生，由此進(jìn)而形成地震工程、風(fēng)工程和橋梁工程的研究中心。
從50年代起，李國豪就積極參加國內(nèi)外的學(xué)術(shù)活動。80年代起，他先后擔(dān)任上海市科學(xué)技術(shù)協(xié)會主席，中國土木工程學(xué)會橋梁及結(jié)構(gòu)工程學(xué)會理事長，中國土木工程學(xué)會理事長，中國科協(xié)工程學(xué)會聯(lián)合會主席，以及美國土木工程學(xué)會“纜索懸吊橋梁技術(shù)委員會”的委員和顧問等。80年代初，李國豪作為上海寶山鋼鐵總廠工程的技術(shù)顧問委員會首席顧問，在避免一期工程下馬和解決工程中的樁基水平位移問題時，分別以其遠(yuǎn)見卓識和出色的理論分析做出了重大貢獻(xiàn)。他還負(fù)責(zé)主編了《辭?！吠两ǚ植亢汀吨袊蟀倏迫珪吠聊揪?。
作為國際橋梁與結(jié)構(gòu)工程協(xié)會的常設(shè)委員會委員和中國組組長，在1981年，被協(xié)會推選為世界十大著名結(jié)構(gòu)工程專家之一。1987年，又榮獲協(xié)會授予的“國際結(jié)構(gòu)工程功績獎”。這一榮譽，是對李國豪長期為發(fā)展橋梁結(jié)構(gòu)理論和培養(yǎng)人才做出貢獻(xiàn)的崇高獎賞。
創(chuàng)新——開創(chuàng)橋梁理論新篇章
李國豪在大跨度橋梁結(jié)構(gòu)中的空間和非線性分析方法以及穩(wěn)定和振動問題作出許多開創(chuàng)性的工作。
“懸索橋李”——變?yōu)槔碚摰膶嵱梅椒?br />
李國豪在研究懸索橋變位理論實用方法中發(fā)現(xiàn)：
1．懸索橋變位引起非線性項相當(dāng)于將主索的水平拉力直接作用在加勁梁上的效果。根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)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(fù)雜的結(jié)構(gòu)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，但影響線卻是橋梁計算中確定最不利加載位置的依據(jù)?？紤]到大跨度懸索橋中活載相比于恒載較小的特點，李國豪提出了“奇異”影響線的概念，將非線性問題在有限制的范圍內(nèi)加以線性化。
3．為了減輕反復(fù)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，然后以內(nèi)插求解的途徑，巧妙地解決了問題。
上述三個基本思想構(gòu)成了他的實用方法的骨架。這在40年代初是具有重大意義的突破。雖然在計算機(jī)已經(jīng)普及的今天，人們已能方便地進(jìn)行各種復(fù)雜的非線性分析，但李國豪的貢獻(xiàn)在方法論上的意義卻是永存的，他的論文至今仍作為經(jīng)典懸索橋二階理論的寶貴歷史遺產(chǎn)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著。
結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論
在20世紀(jì)40年代初，理想中心壓桿的歐拉臨界力，即第一類穩(wěn)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(wěn)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的問題，當(dāng)時還缺少明確的認(rèn)識。
李國豪在參加DIN4114規(guī)范的工作中意識到區(qū)分兩類不同性質(zhì)的穩(wěn)定問題的重要性。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(zhǔn)則”一文，從理論的高度闡明了兩者的本質(zhì)區(qū)別和辨別準(zhǔn)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只要所給定的平衡狀態(tài)中，不包含系統(tǒng)最低固有函數(shù)形式的變形分量。
這一辨別準(zhǔn)則雖然不是提供具體的穩(wěn)定驗算方法，但卻具有普遍的指導(dǎo)意義。它對于具有初始彎曲或扭轉(zhuǎn)的實際結(jié)構(gòu)，如板的翹曲、梁的側(cè)傾、拱和剛架的屈曲以及桿的彎扭屈曲和桁梁橋側(cè)傾穩(wěn)定等都是適用的。
離散桿系結(jié)構(gòu)的連續(xù)化分析方法和桁梁彎曲與扭轉(zhuǎn)理論
桁架是一種離散的桿系結(jié)構(gòu)。在計算機(jī)尚未問世的40年代、用古典的力法分析，即使只有十余次超靜定桁架結(jié)構(gòu)也是一件十分繁重的工作。1943年，李國豪在分析一座復(fù)雜的多腹桿菱形桁架體系時，面對50多次超靜定結(jié)構(gòu)的困難，他想到了當(dāng)時處理懸索橋吊桿的“膜理論”，將離散的桁架體系也化成連續(xù)體系，用微分方程來處理。他仔細(xì)推導(dǎo)了剛度轉(zhuǎn)換的等效關(guān)系，并用模型試驗反復(fù)驗證，經(jīng)過多次改進(jìn)，終于達(dá)到了理論和試驗的一致，寫出了題為“桁架和類似體系結(jié)構(gòu)計算的新方法”的論文，為桁架結(jié)構(gòu)分析開辟了一條新的途徑，在離散結(jié)構(gòu)和連續(xù)結(jié)構(gòu)之間架起了橋梁。30年以后，李國豪又拿起了這一武器，把桁梁橋這種空間桿系結(jié)構(gòu)和閉口薄壁桿件的彎扭理論聯(lián)系起來，建立了“桁梁的彎曲與扭轉(zhuǎn)理論”，系統(tǒng)地解決了桁梁結(jié)構(gòu)的空間分析、穩(wěn)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(xiàn)象的本質(zhì)。李國豪還將當(dāng)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(xù)化了的桁梁結(jié)構(gòu)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教。分段離散后的單元又便于處理變截面和多跨連續(xù)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(dá)到了靈活多變的境界。特別是對于穩(wěn)定和振動分析，既能大大節(jié)省計算時間，又能取得足夠準(zhǔn)確的結(jié)果。
橋梁振動理論
在30年代，鐵路橋梁在蒸汽機(jī)引列車通過時的強(qiáng)迫振動及沖擊系數(shù)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的自振特性，并且順利地將Inglis用于梁式橋的振動理論移植過來，得到了滿意的解答。50年代，他又將懸索橋的振動理論推廣應(yīng)用于“拱橋振動問題”。
60年代，他承擔(dān)了結(jié)構(gòu)抗爆的研究任務(wù)。結(jié)構(gòu)抗爆問題的本質(zhì)涉及到鋼筋混凝土地下防護(hù)結(jié)構(gòu)的彈塑性振動力學(xué)，土動力學(xué)和爆炸波動力學(xué)等領(lǐng)域，這是一個尖端的非線性振動課題。
1978年起，面對我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，又開辟了橋梁抗風(fēng)研究的新領(lǐng)域。經(jīng)過多年努力，培養(yǎng)了一批人才；在橋梁風(fēng)振理論領(lǐng)域創(chuàng)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于斜拉橋所帶來的一些模糊問題；改進(jìn)了顫振分析的實驗方法和數(shù)值計算方法，不僅在國內(nèi)居領(lǐng)先地位，而且引起了國際工程界的注意。
1988年，李國豪已值古稀之年，但仍壯心不已，興致勃勃地探索斜拉橋顫振后性能的問題，這是一個從未有人研究過的領(lǐng)域。目的是為了使斜拉橋這一經(jīng)濟(jì)合理的橋型向更大跨度發(fā)展，最大程度地發(fā)揮其抗風(fēng)潛力。他的理論研究取得了有意義的成果，闡明了斜拉橋顫振后的振動之所以不迅速發(fā)散是由于斜纜索的“有效彈性模量”的非線性，而不是實際不存在的所謂“系統(tǒng)阻尼”作用的結(jié)果。在結(jié)構(gòu)振動的領(lǐng)域，他的貢獻(xiàn)遍及抗車輛沖擊、抗爆炸、抗震和抗風(fēng)等所有方面。從基于變分原理的近似解析手段到有限元的數(shù)值解，他經(jīng)歷了計算機(jī)前和計算機(jī)后兩個不同的時代。他不僅是駕駛經(jīng)典手法的巨匠，也是運用新技術(shù)的能手。
橋梁荷載橫向分布理論及橋梁空間分析
橋梁是一個空間結(jié)構(gòu)，為了使空間分析平面化，荷載橫向分布的計算是必不可少的。世界各國的學(xué)者在處理這一問題的過程中，形成了許多派別。他們的力學(xué)模型大都是一種近似處理，也都存在著各自的缺點。70年代初，李國豪下放到鎮(zhèn)北黃河大橋勞動時，結(jié)合工程實際，分析比較已有方法的優(yōu)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(xué)模型的特點是將橋面板沿縱向割開形成各主梁單元，同時將少數(shù)幾根橫隔梁的剛度分?jǐn)偟綐蛎姘逯小Ｔ诟铋_的板縫中忽略法向力和縱向剪力，只保留兩個對荷載分布起主要作用的豎向剪力和彎矩。最后利用計算荷載橫向分布的基本假定：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，并進(jìn)一步編制了便于實用的圖表。新的梁系模型與實際橋梁最為接近，比梁格模型的精度高，又克服了各向異性板模型需要來回?fù)Q算的缺點，同時在計算中也反映了少數(shù)橫隔梁的重要作用。對于常用鉸接板和鉸接T梁橋，只要進(jìn)一步略去板縫中的彎矩即可。因此，1977年，李國豪的《公路橋梁荷載橫向分布計算》一書的出版，就成了這一延續(xù)30年的傳統(tǒng)課題的最后總結(jié)。
1978年，李國豪還發(fā)表了“拱橋荷載橫向分布理論分析”一文，大大改進(jìn)了當(dāng)時在拱橋設(shè)計中普遍采用的平均分配法或剛性分配法等十分粗略的荷載橫向分布計算。拱橋作為既受軸力又受彎矩的機(jī)構(gòu)，有著不同于橋梁的荷載分布規(guī)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(nèi)力。李國豪引伸對梁式橋的分析方法與拱橋，建立了這方面的理論，并以現(xiàn)場測試結(jié)果作了驗證。1989年，他又進(jìn)一步推廣這種分析方法，完成了曲線橋荷載橫向分布計算的研究。
在李國豪對橋梁空間分析的貢獻(xiàn)中，除前面在桁梁的彎曲與扭轉(zhuǎn)理論中所說的以外，應(yīng)當(dāng)特別提到他在1958年發(fā)表的“斜交各向異性板彎曲理論及其對于斜橋的應(yīng)用”一文。他針對斜橋的實際構(gòu)造，將正交各向異性板理論，通過斜交坐標(biāo)延伸為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(xué)工作者的重視，并以“李氏理論”為名被學(xué)術(shù)界所引用。
