“一桥飞架南北,天堑变通途”,这是毛泽东主席1956年6月从长沙到武汉,第一次游泳横渡长江,当时武汉长江大桥已初见轮廓,毛泽东即兴写下《水调歌头·游泳》。武汉长江大桥是万里长江上的第一座大桥,让神州大动脉南北贯通是孙中山、詹天佑等几代中国人的梦。这个梦从新中国成立的那一天开始,逐渐变为现实。
参与武汉长江大桥建设
1950年1月,铁道部成立铁道桥梁委员会,同年3月成立由中国桥梁专家茅以升任组长的专家组,李国豪为专家组成员。1953年3月11日,武汉大桥会议在北京召开,李国豪作为中国科学院的代表出席会议。会议开了4天,李国豪说:
1、建造武汉大桥的原则应该是以为祖国大规模建造大跨度桥梁而亟需提高的技术,而这种技术应在我们目前最能够掌握的技术基础上,以之迅速建设坚固、实用、经济、美观的大桥;
2、从现在掌握的技术、从桥梁的发展方向来看,大桥应该建钢梁桥,而不是R.C.(英文Reinforced Concrete的缩写,钢筋混凝土)拱桥。钢桥建造比较迅速,可以弥补它比R.C.拱桥高的造价;美术上说,R.C.拱桥比钢梁桥好,但外观造型并不起决定作用;
3、用R.C.拱桥省钢料不能作为主要考虑的问题。因为次要的建筑应该服从主要的建筑,即其余小桥及厂房应多用R.C.,以省钢料供应大桥。其次,桥梁厂的任务太重,不能负担大桥的制造问题,应请铁道部考虑扩厂并将小桥改用R.C.拱桥,以完成制造大桥的任务。请部无论如何争取自己做钢梁桥!
4、请考虑公路桥面用轻型结构,主梁的主要部分用高级结构钢,以减轻主梁净重。桥墩下河床不平,沉箱不便安置的问题,可考虑用先将底倒过来朝上做成河床表面形状,拖至桥墩地点再翻过来。
李国豪的意见得到苏联专家尼斯可夫的赞许:“整个会议是在吕(正操)部长(时任铁道部副部长)的指示方向上正确进行的,如南工刘树勋教授、科学院李国豪同志、天津大学杨天祥教授的发言证明大家学识丰富,为大会发表了正确的意见。”(李国豪《思想日记》)1953年,武汉长江大桥完成初步设计,1955年完成技术设计并于9月1日开工,选址定在龟蛇二山之间。
这座公路铁路两用桥,全长1670米,正桥部分为1156米,两岸引桥共514米。上层公路路面宽达18米,可以并行行使6辆汽车,两侧设有人行道,下层为双线铁路桥。在长江大桥的建设中,工程技术人员第一次采用大型管柱基础和管柱钻孔施工方法,是我国建桥史上的一个创举,为以后各地大桥采用大型管径的管柱基础提供了宝贵经验。“修建武汉大桥是要苏联专家帮助的,但主要靠我们自己的力量。我们要把武汉大桥作为桥梁学校,培养大量桥梁工程干部,以后桥梁施工时欢迎各校师生参加。”(同上引)吕正操副部长在1953年这次桥梁会议总结发言中的期望实现了,同济等校纷纷利用教学实习、暑假等组织师生来到这座大桥工地。
1957年9月6日,毛泽东第三次来到武汉长江大桥工地视察,并从汉阳桥头步行到武昌桥头。1957年9月25日,武汉长江大桥全部完工,并于当天下午举行正式试通车,10月1日,中国发行了一套两枚纪念邮票《武汉长江大桥》。1957年10月15日,大桥正式通车。
通车那天,武汉三镇沸腾了!武汉周边、甚至长沙等邻近地区的人们都来了,争睹新中国的又一伟大奇迹。只见八个巨型桥墩矗立在滔滔江水之中,米字形桁架与菱格带副竖杆使巨大的钢梁透出一派清秀的气象;两岸耸立的高达35米的桥台犹如龟蛇二山的神气哨兵。因为有了大桥,晴川阁、龟山、蛇山……绵亘连接,一气呵成,汇成一幅壮丽的泼墨山水画,天堑从此变为通途。
浩浩荡荡的人群摩肩接踵,从武昌的蛇山、汉阳的龟山熙熙攘攘、乌泱泱向大桥进发,大家秩序井然、兴高采烈地涌上了大桥,突然大桥晃动起来,人群开始骚动,不明真相的人们惊慌起来。好在有部队维持秩序,加上晃动持续的时间并不长,大家渐渐平静下来。 “是不是有人故意搞破坏?”
“这座桥质量有问题。”
“指望外国人是不行的。”
一时间,各种传言四起。大桥究竟出了什么问题?消息同样让李国豪百思不得其解,身为武汉长江大桥顾问的他开始思索大桥晃动的真正原因。
但此时,李国豪已经身不由己,他成了“整风运动”中的被管制的对象。
南京长江大桥,中国人自己建
1956年,武汉长江大桥还在建设之中,国家又作出了在南京建设长江大桥、贯通京沪铁路线的决定。
中苏关系破裂后,中国决定走“自力更生”的道路,依靠自身力量完成大桥的建设。1958年10月,铁道部与中国科学院技术科学部在武汉召开南京长江大桥技术协作会议,会上,成立了以李国豪为主任委员的技术顾问委员会。时任大桥建设委员会副主任的彭敏上世纪80年代回忆:“近百人济济一堂,根据勘测资料和初步设计方案,讨论在南京江面上如何建造一座比武汉大桥还好的桥。与会者建设社会主义的热情,融洽无间的气氛,探讨问题科学的、实事求是的态度以及为国家建设主动承担任务,争做贡献的动人情景,使我至今难忘。”
李国豪也在《大桥工程设计中的两个问题》中回忆了南京长江大桥的设计和建设:
自1957年10月武汉长江大桥通车以后,1958年开始了南京长江大桥的筹建工作。鉴于当时中苏关系发生了变化,中央决定,南京长江大桥完全由我国自行设计、自行施工建造。铁道部大桥工程局承担了建桥任务,仿照建造武汉大桥的做法,聘请一些国内专家组成了技术顾问委员会,我被聘为该委员会主任。
当时,大桥局的局长是彭敏,他采取了很开明的作法:邀请国内几个与桥梁工程有关的科研单位和高校,共同编制南京大桥的设计方案,再组织专家对此方案和大桥局的设计方案一起进行评比,参加评比单位的负责人和专家都感到获益不少,经过反复比较、论证,最后大家认为还是大桥局的方案可行,即一致推荐了这一方案。
李国豪在文中回忆说:
在讨论南京长江大桥设计方案时,涉及两个颇为关键的问题:一是公路桥面行车道的数目;二是主梁的宽度。
武汉大桥的公路桥面采用的是6个车道,在这样大的城市,桥面采用6车道不能算多,至于南京大桥,与会的专家和我认为不能少于6车道。当时参加讨论的刘树勋教授是南京市的副市长,他表示南京市认为4车道就可以了。会议经过认真讨论,4车道的方案就这样定下来了。
武汉大桥的主梁宽度,即左右两片主桁的间距为10米,其间净空足够双轨列车通过。但是,武汉大桥在举行建成通车典礼时发生了明显的晃动,挤在桥上的人都有感觉。当时说不清是什么原因。所以在南京大桥的设计方案时,为了安全起见,主梁的宽度采用14米,比武汉大桥增宽4米。1965年,彭敏在西昌召开的桥梁工作会议时,大桥局王序森副总工程师还惦念着这件事,他对我说,南京大桥主梁宽度增大4米,多用了钢材约4000吨,是否需要这样做还说不清。我作为技术顾问委员会主任,感到应当研究这个问题,但是忙于学校的行政和科研工作,心有余而力不足。
文中,李国豪还专门提到了南京长江大桥的建造,“促使我国自己生产出16锰低合金钢,并发展了深水基础工程等技术”,他说:“这些成就与大桥的顺利建成,是我国桥梁工程的一个里程碑,是值得中国人特别是桥梁工程界骄傲的。”
1960年1月18日,主体工程正桥桥墩开工,大桥建设全面启动。这一年上半年,同济大学便承担了国家科委、建工部和上海市重大科研项目25项,其中包括上海歌剧院、南京长江大桥等;科研项目33项。为完成这些任务,学校成立了2个专题组,调整建立了8个研究所、30个研究室和8个新技术小组,抽调了140余名教师专职从事攻关。这些项目的进行,有效地促进了老专业的升级,加快了新专业的建设,大批原本不太内行的师生迅速成长起来。
1968年9月30日,南京长江大桥铁路桥先行通车,南京市五万多军民举行了隆重的通车典礼,同时大桥的配套工程南京火车站也举行落成典礼。
囚室里揭开大桥晃动之谜
李国豪在听到南京长江大桥通车的消息后,立即思考起一个问题:南京长江大桥会不会像武汉长江大桥那样出现晃动?得想办法搞清楚。
身处隔离室的李国豪没有计算工具,没有参考资料,甚至连一本工程计算起码的数值表都没有,他赤手空拳开始了艰难的科研跋涉。没有资料就凭记忆回忆;没有工具、图表就用笔算,并亲自编了一本常用数学用表;没有纸张就用每天报纸的边角、中缝作演算。负责看守他的老工人见状,不仅没告发,还偷偷给他送去几本学生作业本,这成了李国豪用以最后整理研究成果的珍贵物品。1969年9月,李国豪完成了大桥振动的初步理论研究,证明南京长江大桥的稳定没有问题。他还把此研究成果写成论文。在作业本的扉页上,李国豪写下“献给伟大的社会主义祖国廿周年国庆”一行字,表达了对祖国的赤子之心。
从理论上成功地给出了大桥晃动的答案后,李国豪深知:工程问题的解决,理论计算必须要有试验来验证。1970年春,开始验证计算结论时,李国豪虽然已经被解除隔离,但是仍要在郊区公社接受“劳动改造”。不久,又被允许回到同济大学,但每天得打扫学校里的马路、参加修建四平路。还是不允许他进入实验室,无法对理论成果进行模型实验。于是,李国豪只能在劳动之余回家进行研究。
在家里做实验,没有制作钢桥模型起码的工具,怎么办?想来想去,他决定用赛璐珞(一种合成塑料)来做制作钢桥模型的材料。可是,在那个针头线脑都需要票证的年代,到哪去弄赛璐珞?他发动家人上街寻找。终于有一天,他的女婿在上海中央商场发现了一批赛璐珞计算尺,因为刻度印错堆在角落里准备当成废品卖掉。顾不得多想,立即掏出10元钱,一口气买了200只。当晚,李国豪就开始支锅烧水,制作桥梁模型。赛璐珞放入沸腾的开水中,不一会就变软了,压、剪、拉,样样随心所欲!这时,缝纫机、乒乓球网、发卡、大头针……家里所有的能派上用场的物件也都被调遣来了,他还让女婿从厂里借来了千分表。缝纫机就是试验台,转轮正好用作滑轮。轻轻转动滑轮,模型桥梁扭转实态数据一一详细记录,桁梁、小梁……大桥各个可能与晃动有关的部位都要仔仔细细做一遍。一年后,李国豪的试验数据出来了:和理论计算结果完全一致!
究竟是什么原因导致大桥晃动,有何规律可循?接下来就需要大量的计算,计算火车荷载、汽车荷载、人群荷载对大桥的影响,以寻找出晃动的规律。大量的计算需要一台计算机,学校的实验室里有,可他是没资格去借的。还是老办法,李国豪发动全家老少,街上买到一台旧手摇计算机。1972年春节,计算终于结束,印证了自己先前的推断。1974年,李国豪受邀参加全国钢铁振动科研协作会议,报告了研究成果:武汉长江大桥通车时出现的晃动,是由于涌上大桥的人群荷载造成的桥梁弯曲、扭转共振,大桥自身结构没有问题。因此,南京长江大桥将钢桁梁加宽4米多用的4000吨钢没有必要。这时,大桥局总工程师紧紧握着他的手说:“困扰我们17年的谜解开了!”
1975年,11万多字的《桁梁扭转理论——桁梁桥的扭转、稳定和振动》一书出版,为我国和世界的桥梁理论填补了一项空白。1983年,这一成果又获得国家自然科学三等奖。
始终心系祖国,坚定与国家同行,哪怕身心被摧残,这就是老一辈科学家的品格。(程国政)