科学偶像:曾庆元院士

鄠邑闲人

<p class="ql-block">曾庆元(1925年10月20日-2016年6月3日),出生于江西省泰和县的一户朴实农民家庭,是中国桥梁动力学领域的泰斗级人物。他于1950年7月毕业于南昌大学土木工程系,1985年12月被湖南省教委特批为教授,1999年11月当选为中国工程院院士。作为中南大学的教授与博士生导师,曾庆元以其卓越的学术贡献和高尚的师德风范,成为无数学子心中的科学偶像。</p> <p class="ql-block">曾庆元院士长期致力于桥梁结构振动与稳定的教学与研究工作,创立了列车—桥梁时变系统横向振动分析理论,并在实践中得到了广泛验证。他提出的弹性系统动力学总势能不变值原理及系统运动稳定性的总势能判别准则,不仅对经典动力学理论进行了重要补充,更为铁路桥梁工程向大跨度、高速化发展奠定了坚实的理论基础。他的主要著作包括《列车桥梁时变系统振动分析理论与应用》《列车脱轨分析理论与应用》《钢压杆稳定极限承载力》等,同时他还编写了多部研究生教材,如《结构动力学》和《结构稳定计算》。</p> <p class="ql-block">1925年10月20日,曾庆元出生于江西省泰和县螺溪镇郑洲村。家境虽贫寒,但他自幼聪颖,展现出超凡的学习能力。8岁时进入私塾学习,熟读《论语》《孟子》《左传》《诗经》《古文观止》等经典古籍。1943年,他考入江西吉安国立十三中高中部,1946年以优异成绩考入南昌大学(原国立中正大学)土木系。1950年毕业后留校任教,1953年调入长沙中南土建学院桥梁隧道系。同年年底,他被高教部派往哈尔滨工业大学深造,后因苏联专家未到,转而学习俄语。1954年8月,他被调至清华大学土木系,师从前苏联专家学习钢结构,为日后的学术研究奠定了深厚基础。</p> <p class="ql-block">1956年7月,曾庆元研究生毕业后返回中南土建学院,开始讲授工民建专业的钢结构课程。他基于初参数法及弹性稳定理论,提出了三节柱(两次变截面阶梯柱)自由长度系数计算式及考虑空间工作的厂房柱自由长度计算法,这一成果被武汉中南工业建筑设计院采用,并发表于1957年第2期的《中南土建学报》。这些研究不仅丰富了他的理论知识,也为他后来的学术突破提供了重要支撑。</p> <p class="ql-block">1960年8月,曾庆元调入长沙铁道学院,开始讲授桥梁隧道及铁道工程专业的钢结构与木结构课程,并担任建筑结构教研室副主任。在此期间,他深入研究了钢结构疲劳及桥梁竖向振动问题。1963年,他发表了《构件应力集中截面疲劳强度的计算》一文,提出了金属疲劳裂缝形成条件方程式及疲劳破坏条件一般性方程式。尽管因客观条件限制,他不得不暂时中断对钢结构疲劳的研究,但他转向了桥梁车振领域,于1964年发表了《钢连续梁桥竖向振动近似计算》的论文,为桥梁振动理论的发展作出了重要贡献。</p> <p class="ql-block">1972年,曾庆元受邀参与铁道部大桥工程局的钢桥振动研究组,与著名桥梁专家李国豪院士共同研究成昆线192米简支钢桁梁桥模型的空间自由振动及静力偏载位移与内力分布问题。他撰写了两篇长篇论文,其计算结果与桥梁研究所模型实测结果高度吻合,开创了解析法桁梁空间分析的先河。1976年,他在九江长江大桥工地进行箱梁扭转计算时,提出了薄壁箱形梁计算的板梁框架法,这一方法在实际应用中得到了验证,为桥梁工程领域提供了重要参考。</p> <p class="ql-block">1978年,中国恢复研究生招生制度,曾庆元晋升为副教授,并开始指导研究生,讲授“结构动力学”与“结构稳定理论”两门学位课程。他将研究方向聚焦于桥梁车振领域,针对列车—桥梁时变系统的空间振动矩阵方程进行了深入研究。基于达朗培尔原理与虚功原理,他提出了“弹性系统动力学总势能不变值原理”及“对号入座”法则,解决了国内外在横向振动方程解的唯一性问题上的难题。这一理论不仅为九江、芜湖长江大桥等50多座桥梁的横向刚度分析提供了科学依据,还为高速铁路桥梁的设计与加固计算提供了重要支持。</p> <p class="ql-block">1979年,曾庆元应邀与铁道部第四勘察设计院合作,计算京广复线武水大桥预应力变截面单箱双室混凝土连续梁桥的扭转问题。他基于薄壁箱梁计算的板梁框架法,提出了形成矩阵的“行”“列”交叉规则,即“对号入座”法则。这一法则不仅简化了复杂系统的刚度矩阵及荷载列阵的建立过程,还为结构矩阵分析带来了质的变革,具有重要的理论与实践价值。</p> <p class="ql-block">1987年,曾庆元受铁道部大桥工程局委托,主持研究九江长江大桥拱—桁组合体系钢桥的动力特性及横向刚度问题。1989年完成研究后,他得出该桥具有足够横向刚度的结论。这一结论在国际工程咨询公司的专家组审查中得到了一致认可。1994年大桥建成后,1995年的列车试验结果表明,该桥的横向刚度优越,与他的理论计算结果高度吻合。曾庆元因此获得了多项荣誉,包括“铁道部优秀教师”“全国优秀教师”“全国铁路优秀知识分子”等称号,并于1999年当选为中国工程院院士。2016年6月3日,曾庆元因病逝世,享年91岁。</p> <p class="ql-block">曾庆元院士的主要研究成果包括:创立了弹性系统动力学总势能不变值原理、弹性系统运动稳定性的总势能判别准则及“对号入座”法则;创立了列车—桥梁时变系统横向振动分析理论,解决了九江、芜湖长江大桥等多座铁路桥梁的横向刚度分析问题;创立了一套桥梁结构局部与整体相关屈曲极限承载力分析理论,解决了岳阳洞庭湖三塔斜拉桥等桥梁结构的极限承载力分析问题;创立了一套列车—轨道时变系统横向振动分析理论及无缝线路结构的横向动力稳定性分析理论;创立了一套国际领先的列车脱轨分析理论,突破了百年来列车脱轨理论分析的世界性难题,为铁路桥梁的安全运行提供了重要保障。</p>