知名人物 曾庆元人物简介
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知名人物 曾庆元人物简介
·曾庆元
曾庆元，桥梁动力学专家，中国工程院院士。长期从事桥梁结构振动与稳定的教学和研究。创立了列车一桥梁时变系统横向振动分析理论，并在实践中得到了验证。提出了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，对经典动力学理论作了重要补充，为铁路桥梁工程向大跨、高速发展做出重大贡献。
曾庆元，1925年10月20日生于江西省泰和县罗溪乡郑洲村一户纯朴敦厚农民家庭，家境贫寒。他8岁起读私塾4年，表现出聪颖的天资和超常的记忆。通读了论语、孟子、左传、诗经、古文观止等十余部古籍。深得父母哥哥喜爱及族人和亲戚支持，竭尽全力，供他上学。上了两年小学，进入泰和县立初级中学，成绩一直名列前茅，尤以数学成绩突出，当时就自学了范氏大代数。1943年进入江西吉安国立十三中高中部学习。1946年考入江西南昌国立中正大学(现南昌大学)土木系。1950年毕业留校任助教。1953年院系调整.来到长沙中南土建学院桥梁隧道系。同年底被高教部派往哈尔滨工业大学当研究生学木结构，因前苏联专家未到，学了半年俄语后，于1954年8月被高教部调为清华大学土木系研究生，师从前苏联专家学钢结构，1956年7月研究生毕业后回中南土建学院。其间除学习钢结构及其有关课程外，还着重学习了弹性力学，弹性稳定、薄壁结构扭转及空间结构分析理论，金属结构屈曲强度、结构动力学，并完成了跨度100米的飞机库圆柱网壳屋盖结构的毕业设计，为其后发展奠定了坚实宽广的理论基础。
曾庆元爱党爱国，坚持四项基本原则，师德高尚，受到同行专家赞许，于1988年加入了中国共产党。1989年，被铁道部授予“铁道部优秀教师”称号。1991年，被评为“湖南省普通高等学校科技先进工作者”，被国家教委、人事部评为“全国优秀教师”，被铁道部授予“全国铁路优秀知识分子”称号，并享受政府特殊津贴。1999年11月被选为中国工程院院士。著名桥梁专家李国豪两院院士2000年2月24日致信于他说：“祝贺你当选中国工程院院士，你多年从事铁路桥梁振动研究，取得了很好成果，当之无愧。”
曾庆元虽然对桥梁振动和稳定分析理论作出了重大的、创造性的成就和贡献，但他不满足于已有成就，继续追求科技创新，为铁路建设服务。近年来，在发展车桥系统振动分析理论的同时，着手研究列车脱轨分析理论。已提出列车脱轨能量随机分析理论，与博士生们一道实现了列车脱轨全过程分析，提出了一套预防列车脱轨的思想，正在大力实现中。
步入桥梁车振研究领域取得初步进展
1956年8月，曾庆元回到中南土木建筑学院营建系，讲授工民建专业钢结构课程，并研究厂房钢结构变截面柱自由长度计算方法。基于初参数法及弹性稳定理论，他提出了三节柱(两次变截面阶梯柱) 自由长度系数计算式及考虑空间工作厂房柱自由长度计算法，被当时武汉中南工业建筑设计院采用，写成论文《用初参数法求厂房柱的自由长度》，发表于1957年第2期中南土建学报。
1960年8月长沙铁道学院刚建院，曾庆元调往该院讲授桥梁隧道及铁道工程专业钢结构及木结构课程，并任建筑结构教研室副主任。从此，他走上了铁路桥梁振动和稳定的教学与研究道路。1961年至1971年间，他在教学之余，研究了钢结构疲劳及桥梁竖向振动。1963年写出论文《构件应力集中截面疲劳强度的计算》，导出了：金属疲劳裂缝形成条件方程式、疲劳破坏条件一般性方程式、构件应力集中截面疲劳破坏条件方程式及构件应力集中截面疲劳强度的计算方法。但限于当时试验及设备等客观条件，他不得不终止对钢结构疲劳研究，转向对桥梁车振的研究。1964年，他写出了《钢连续梁桥竖向振动近似计算》的论文，基于达朗培尔原理及虚位移原理，提出了连续梁桥自振频率及振动位移计算式。
1972年铁道部大桥工程局组织钢桥振动研究组，以成昆线192米简支钢桁梁桥模型为对象，研究钢桥空间自由振动及静力偏载位移与内力分布，他有幸与著名桥梁专家李国豪院士一道应邀参加作理论分析。写出了《简支下承桁梁桥偏载变位、内力及自由振动计算方法》及《504桥模型(33.33厘米桁宽)偏载变位、内力及自由振动计算》两篇长篇论文，计算结果与桥梁研究所模型实测结果很接近。这一成果开创了解析法桁梁空间分析的范例。
1976年，长沙铁道学院铁道工程系组织教育革命实践队在九江长江大桥工地进行开门办学，令曾庆元当事务员，承担实践队总务工作。当时大桥局设计院在现场设计引桥的40米单箱双室预应力混凝土简支梁。有一单位在现场作该梁扭转计算，得出该梁端隔墙在自重下“三条腿”时最大扭曲拉应力达124kg/cm2。主管的设计工程师提请实践队作该箱梁偏载计算。领导将此任务分配给他。他在前述桁梁空间分析方法的基础上，提出了薄壁箱形梁计算的板梁框架法，算出该箱梁端隔墙在自重下“三条腿”时的最大扭曲拉应力为26kg/cm2，最大竖向位移为2.6毫米。1997年现场实测，结果与他上述计算很接近。1978年铁道部科学大会上该梁扭转研究成果获得了两项奖励，虽然没有他个人及长沙铁道学院的名字，但计算的准确令他欣慰。
1979年冬，他应邀与铁道部第四勘测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。著名桥梁专家李国豪院士1979年夏提出了桥梁梁段有限元分析理论。应用梁段有限元法计算该桥扭转，遇到桥梁端隔墙及横隔板如何考虑的问题。曾庆元基于前述薄壁箱梁计算的板梁框架法，分别计算梁段单元畸变和扭转的弹性应变能及荷载位势，并在由势能驻值原理得出平衡方程时保留位移参数的一阶变分，从而得出形成矩阵的“行”“列”交叉规则，他定名为“对号入座”法则。很显然，它与一般有限元分析中的计算机编码法有本质区别，任何复杂系统的刚度矩阵及荷载列阵都可由此法则简便建立。这一法则使结构矩阵分析发生了质的变革，具有重要实用价值。
创建列车一桥梁时变系统横向振动分析理论
1978年我国恢复研究生招生制度，这年曾庆元晋升为副教授，并指导研究生，讲授“结构动力学”及“结构稳定理论”两门学位课程。同时，他也选择桥梁车振为今后的研究方向。桥梁车振已研究一百多年，竖向振动已基本解决，横向振动国内外研究不多。主要问题是列车桥梁系统空间振动方程的建立、横向振动激振源的确定、桥梁车振的随机分析、桥梁横向及竖向刚度的分析等。他以崭新的思想经过近20年与研究生们共同研究，实现了重大的理论突破。基于达朗培尔原理及虚功原理，他提出了“弹性系统动力学总势能不变值原理”及形成动力矩阵的“对号入座”法则。由此原理和法则，他简便地建立了“列车—桥梁时变系统(以下简称此系统)空间振动矩阵方程”，避免了国内外分别建立车桥振动方程时横向振动方程解的唯一性无保证的问题。基于“弹性系统动力学总势能不变值原理”，他提出了 “弹性系统运动稳定性的总势能判别准则”，按此准则的计算结果与经典解吻合，但计算远比经典方法简便，因而对经典动力学理论作了重要补充。
曾庆元用这一套理论解决了九江、芜湖长江大桥、广深准高速铁路石龙大桥、提速线路桥梁、高速铁路桥梁(方案)等50多座桥梁的横向刚度分析问题，及10多座钢板梁桥的加固计算问题，取得一定经济效益和社会效益。
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，1989年完成研究，结论为该桥具有足够的横向刚度。以后因有人对该桥横向刚度问题提出异议，国务院曾责成国际工程咨询公司组织专家组审查论证，也作出了相同的结论。1994年该桥建成，1995年进行列车试验，试验结果为该桥横向刚度优越，与按他的理论计算的结果吻合。实践是检验真理的唯一标准，大桥通车至今列车安全走行，其安全性与舒适性为优良。
提出列车横向振动能量随机分析理论
1996年铁道部着手既有线提速研究，用试验列车及过往列车测试既有线桥梁的列车走行安全性和舒适性，发现不少上承简支钢板梁桥侧向晃动剧烈，32米上承板梁的上翼缘最大横向振幅达到11～12毫米，大大超过我国桥梁检定规范规定的允许值。因此，列车提速，桥梁车振成了最大的“瓶颈”问题之一。如何理解和解决这种现象成为当时急迫研究的课题。1997年8月，铁道部专业设计院电请曾庆元计算京沈线大凌河多跨32米简支上承钢板梁桥在80km/h货物列车作用下的空间振动，并说没有经费。他秉着为铁路服务的精神，欣然接受。他当时考虑的问题是根据什么概念来计算?当时知道的唯一情况是80km/h左右货车通过时，该桥横向振动非常厉害。他顿时想起1995年4个研究生在湘黔线怀化至玉屏区间测试货车与机车构架蛇行波，当车速提高至80km/h时，列车横向振动非常厉害。他从列车横向振动都非常厉害这一点，看出这两种情况输入货物列车横向振动的能量是很接近的。于是应用其提出的列车横向振动能量随机分析理论，按80km/h时具有99%概率水平的货车构架蛇行波标准差，随机模拟出产生最大响应的货车80km/h构架人工蛇行波，以它为激振源，一次算出大凌河桥上承钢板梁跨中上翼缘横向水平振幅10.75毫米。当设计院接到他的分析计算结果，发现与他们的实测很接近时，非常惊喜。于是，又立即寄来其他上承钢板梁桥的原型及加固设计图纸，请求继续帮助。历时3个月的研究计算，顺利完成了任务，结果均与实测接近，这为上承钢板梁桥加固提供了一种理论依据。多年来，大量实践结果验证了他提出的列车—桥梁时变系统横向振动分析理论的可行性。1998年5月，铁道部在长沙召开了“列车—桥梁时变系统横向振动分析理论与应用” 研究成果专家鉴定会。鉴定结论为：本研究实现了重大理论突破，具有很高学术水平、显著的经济和社会效益及广阔应用前景，其研究理论、研究方法、研究成果达到了国际领先水平。这是对他的研究最贴切的定性。他的这一理论成果，获得国家科技进步三等奖两次(1997，1999)及铁道部科技进步二等奖两次(1996，1998)。
解决造桥机稳定问题
1976年曾庆元受大桥工程局第二桥梁工程处委托，计算塔式吊机吊臂加长的稳定性。他将桁架式吊臂换算为薄壁箱形杆件，建立其空间失稳微分方程，算出失稳临界荷载，并计算其承载力，作出加长了的吊臂可以安全工作的结论。吊臂加长完成后，进行试吊，吊机安全挺立，说明了稳定计算的正确性。1993年大桥工程局设计大跨度混凝土梁造桥机，委托他计算其侧倾稳定性。该机由相距5米的两座钢桁架梁组成，中间走吊重小车，因此不能用固定的联结系将两钢梁联起来，他提出活动的横向联结系方案，用“开门”和“关门”的办法，解决造桥机两钢梁稳定及小车平稳走行的问题，并通过理论分析校核了该机钢梁稳定极限承载力，为该机设计提供了理论依据。该机制成后，用于石长线长沙湘江大桥等的施工，取得很大经济效益，1998年获铁道部科技进步二等奖，1999年获国家科技进步三等奖。
教书育人四十载 桃李芬芳
自1956年在中南土木建筑学院任教以来，曾庆元至今为党的教育事业辛勤耕耘了整整45年。他严谨治学，为人师表，教书育人。为了让学生在学校尽可能多学知识，多学过硬本领，无论是面对本、专科学生，还是硕士、博士研究生，他都能认真对待自己承担的每项教学任务，他从不放松对每一堂课，每一个教学环节的从严要求，从备课到课堂教学，到课后辅导、答疑，他都尽可能让学生满意。他指导了硕士研究生16名(均获学位)，博士研究生23名(18名已获学位，5名在读)。生活上，曾庆元尽心尽力关心学生，针对脱产博士生、硕士生的实际困难，他经常从自己的课题经费中提取一笔不少的钱补贴给学生，使学生们放下了生活上的包袱，更好地将全部精力集中在学习上。他还经常来到研究生楼，了解学生的学习和生活情况，与学生们一起谈心，谈学习，谈工作，谈理想。他以高尚的情操熏陶着学生，潜移默化地影响着学生，密切关注着学生的健康成长。学业上，除教育部规定的政治及外语学位课程外，他要求研究生们掌握弹性稳定、振动和薄壁结构扭转理论，结构动力学等。对博士生还加张量分析与非线性有限元法、高等动力学、非线性稳定理论、弹性力学变分原理等学位课程，使研究生们具有坚实宽广的理论基础。学位论文要求有工程背景，有创造性思想，在理论上有所前进，解决一二个实际问题。桥梁计算理论为古老学科，研究生们难于提出新的思想，他们学位研究论文的新思想几乎都是他提供的。研究生们消化弄懂，编程序、做试验、具体实现新思想，解决具体问题，所有研究生们的学位论文均获得同行专家好评。这样做似乎是“抱着走”，影响研究生创新，实际不然。通过导师新思想的实现，导师的理论变成了学生的理论，大大提高研究生们的理论水平和研究能力。研究生们毕业工作后，深感这种指导方法培育了深厚基础、加强了分析能力和创新思维。有一位桥梁博士生毕业后从事隧道施工，他将导师教他的桥梁振动能量随机分析理论用于隧道开挖，解决了不少隧道施工难题，取得了良好效果，被浙江省交通厅聘为副总工程师，主管全省公路建设和维修。这种指导方法表明他造诣高深、思维敏捷、无私奉献。
目前，他的学生们都已成为国家的优秀人才，有的为博士后，有的被聘为副教授、教授，有的成为优秀青年科技专家，正在为祖国建设做出重要贡献。
简历
1925年10月20日 生于江西省泰和县罗溪乡郑洲村。
1946年 考入江西南昌中正大学土木工程系。
1950年7月 江西南昌大学土木工程系毕业，留校任助教。
1953年8月 随院系调整转至长沙中南土建学院桥隧系。
1954年1月—1954年7月 哈尔滨工业大学预科，学俄语。
1954—1956年 清华大学土木系钢结构研究生。
1956—1960年 中南土建学院、湖南工学院、湖南大学营建系、土木系讲师。
1960—2000年 长沙铁道学院桥隧系、铁道工程系、土木工程系讲师、副教授(1978)、教授(1985)。1986年国务院学位委员会批准为桥隧工程博士生指导教师。1999年11月当选为中国工程院院士。
2000年—现在 中南大学土建学院教授、博导。
主要论著
1 曾庆元. 用初参数法求厂房柱的自由长度. 中南土建学报，1957(2)
2 曾庆元. 桁梁侧倾稳定计算的探讨. 桥梁建设，1979(4)
3 曾庆元. 薄壁箱形梁计算的板梁框架法. 铁道学报，1981，3(2)
4 曾庆元. 三跨连续变截面薄壁双室箱形梁计算的有限元法. 长沙铁道学院学报，1981(2)
5 曾庆元. 拱桥侧倾稳定计算的有限元法. 长沙铁道学院学报，1982(2)
6 曾庆元. 薄壁梁和柱极限荷载的空间分析法，长沙铁道学院学报，1987(3)
7 曾庆元，杨平. 形成矩阵的“对号入座”法则与桁梁空间分析的桁段有限元法. 铁道学报，1986，8(2)
8 曾庆元，田志奇，杨毅，杨平. 桁梁行车空间振动计算的桁段有限元法.桥梁建设，1982(4)
9 曾庆元. 关于铁路桥梁的刚度问题. 长沙铁道学院学报(桥梁专辑)，1991.
10 曾庆元，朱汉华，陈淮，张麒. 列车—桥梁时变系统横向随机振动分析与构架人工蛇行波. 中国铁道学会桥梁工程委员会学术交流会论文集，1991.
11 曾庆元，张麒. 铁路钢桁梁桥横向刚度限值研究. 全国桥梁结构学术大会论文集，1992.
12 曾庆元，杨毅，骆宁安，江锋，张麒. 列车—桥梁时变系统横向振动分析. 铁道学报，1991，13(2)
13 曾庆元，骆宁安，江锋. 桥上列车横向摇摆力的初步研究. 桥梁建设，1990(1)
14 曾庆元，郭向荣. 列车—桥梁时变系统振动分析理论与应用. 北京：中国铁道出版社，1999.
15 曾庆元. 弹性系统动力学总势能不变值原理. 华中理工大学学报，2000，28(1)
16 曾庆元. 弹性系统动力学总势能不变值原理与其振动分析. 中国工程院第5次院士大会，土木、水利与建筑工程学部学术论文汇编，2000.
17 Zeng Qingyuan，Lou Ping，Xiang Jun. The Principle of Total PotentialEnergy with Stationary Value in Elastic System Dynamics and Its Vi-bration Analysis. Proceedings of International Conference on Engineeringand Techndogical Sciences 2000，Session 5 Civil Engineering in the21st Century，Chinese Academy of Engineering，Science Press，October11，2000 Beijing，China.
18 曾庆元. 弹性系统动力学总势能不变值原理与列车桥梁时变系统振动分析. 铁道建筑技术，2001(1)
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