桥梁专家茅以升

茅以升(1896—1989),中国桥梁专家,中国科学院院士。1933年主持修建中国首座跨度较大的钱塘江公路铁路两用桥;1955年主持修建武汉长江大桥。

茅以升和桥终生不可分离

从小立志建桥

在茅玉麟和孙士庆合写的《茅以升》一书中,写到下面一个故事。

茅以升出生10个月以后,他的祖父就决定举家从镇江迁到南京居住。1905年茅以升九岁,那年端午节发生了一件事情,这件事影响了茅以升一辈子。

端午节的前一天他就和几个小朋友约好了,要去秦淮河畔看龙船比赛。可是事不凑巧,这天晚上茅以升偏偏肚子疼痛难忍,额头直冒虚汗,直到晚上才稍稍好转,勉强睡下。第二天早晨,他的妈妈无论如何不让他出门玩耍。

但他人待在家里,心却早飞到秦淮河上,往年赛龙船的景象一幕幕浮现在眼前。茅以升多么盼望小伙伴们快回来,把赛龙船的盛况讲给他听啊!谁知几个小伙伴没看完表演,就慌慌张张地跑来对他说:

“不好了,秦淮河上出事了!看赛龙船的人太多,把文德桥挤塌了。幸亏你没有去……”

茅以升听了大吃一惊,他赶忙问:“桥怎么会塌了呢?”

小伙伴告诉他说:“桥不结实呗!桥栏杆断了还不算。有好几块桥面横板也都坍下来了。”

茅以升又急切地问:“那掉下去的人多吗?”

“掉下去的人可多了,我们学堂就有好几个同学掉进水里淹死了。”

这不幸的消息像一块巨石压进茅以升的心里,让他非常伤心,他的眼前似乎出现了人们哭喊呼救的惨景。父亲沉痛地说:“相传明朝开国皇帝朱元璋定都南京后,大兴土木,在府学门前的秦淮河上,建造了这座文德桥。500年来由于战争动乱,这座石拱桥几次倒塌、几次修复。可惜,建桥的时候设计施工质量太差,酿成了今天赛龙船时桥毁人亡的巨大悲剧!”

茅以升听了激动地说:“啊,原来桥造得不好,就会出大祸。那些掉进水里淹死的人,应当由造桥的人负责!桥能让千万人过河,当然是好事;但造得不好,引起灾难,那么有桥反而不如无桥了。将来我长大要造桥,一定造得比文德桥好!”

从此,茅以升对桥发生了强烈的兴趣。只要见到桥,他就总是久久不肯离去,从桥面到桥墩看个不停。特别是看到装满货物的车辆和一群群行人从桥上顺利地跨过江河时,他的脸上立刻呈现出无比喜悦的神情。茅以升平素有念古诗文的习惯,遇到有桥的句子和段落,都随手抄在本子上,看到有桥的画面就剪贴起来。

这以后,亲朋好友开始觉得这孩子的言谈行动有些异常,都说他想入非非。他的父亲却说:

“不,你们不理解他,文德桥倒塌的悲剧激发了他的立志造桥。”

他的祖父更说:

“从小受到的启发,会终生难忘。我少年时因目击水灾而萌发治水的理想;壮年时,远游河北、河南、湖北、安徽,考察过黄河、长江、淮河、洞庭湖;晚年时,虽然致力于兴办学堂、创建报社,可是仍然不忘寻觅机会在江苏、广东参加治水工作,并著述《水利刍议》。在治水中,我深感桥梁与江河息息相关。如今,以升在童年时代就树立了远大理想,我全家应该鼎力相助,对他的志愿要爱护、引导、扶植、培养。”

“茅氏定律”以及菲蒂士金质奖章

1916年,茅以升从唐山路矿学堂(后来改名唐山工程学院)毕业以后,考取清华留美公费研究生,到美国康奈尔大学土木工程系学习。茅以升刚刚迈入校门时,教授们都用怀疑和轻视的眼光,看着这位从中国唐山路矿学堂来求学的研究生“密斯特茅”。注册报到处主任对茅以升说:“我从来没有听说过唐山路矿学堂,学生来校报名前,须经考试合格方能注册,你考试合格吗?”

出乎教授们的意料之外,这位中国留学生的考试成绩,比美国最优秀的学生还好,这使他们大为惊讶和赞叹。而且他仅用一年时间就取得了硕士学位。学校举行毕业典礼那天,校长把亲笔签名的硕士文凭发给茅以升,并当场宣布:

“今后凡是唐山路矿学堂毕业生,来康奈尔作研究生的可以免试入学。”

系主任贾克贝教授向茅以升表示祝贺,并说:

“搞桥梁光靠理论还不行,一定要有实际经验。我领导桥梁系教学,规定桥梁系硕士拿到文凭后,要去桥梁公司学习绘图、设计、金工、木工、油工等全部造桥技术。”

茅以升听后点点头,内心十分敬佩贾克贝教授的教育思想。1917年7月,茅以升来到匹兹堡桥梁公司实习。在实习过程中,他感到还需要进一步学习理论知识——桥梁力学。正巧,匹兹堡卡内基理工学院(即现在的卡内基梅隆大学)桥梁系招收夜校学生,而且还招收攻读工科博士学位的学生,茅以升立即报名申请。后来茅以升知道,他是第一个申请这所大学工科博士学位的人。

从此以后,他开始了紧张的实习和繁重的学习。如果知道他是如何学习的,就会知道那简直是奇迹,是人的智慧、毅力和精力发挥到极致的奇迹。早晨4点,桌上的闹钟把这位年轻人从床上叫醒,他匆忙吃完早饭,跑步去车站乘火车赶往桥梁公司。车上成了学外语的课堂,他嘴念、耳听、眼看、手写、心记,五个器官同时并用,以至于嘈杂的喊叫声已经对他失去了干扰的效用。工地休息的钟声刚响过,他放下锤子从口袋里掏出本子和钢笔,开始做夜校的功课。

吃饭时,他不得不改变右手拿勺的习惯,用左手拿勺,右手拿笔。随时记录想好的数学和物理习题。深夜,他躺在床上也不安宁,嘴里嘟嘟囔囔地说着什么。他经常坐起来拉开灯,拿起放在床头的纸片和铅笔,写下数字、公式和奇妙的符号。他把一张张纸片钉在墙上,需要解决哪个问题就摘下来瞧瞧。

转眼到了1918年12月,这位总是走在时间前面的人修完了各科学分,比学校规定的学习时间提前了一年。他下一步便是做博士论文,因为研究工作是要聚精会神的,兼顾学习和实习就办不到了。他考虑再三,决定辞去桥梁公司的实习工作,专攻博士论文。

有志者事竟成。1919年12月,茅以升的博士论文写完了,论文的题目是《框架结构的次应力》,全文30万字。卡内基理工学院审查之后同意茅以升参加答辩;最后,教授们一致通过了他的博士论文,并认为该文达到了当时的世界先进水平。后来经过贾克贝教授的推荐,茅以升获得该校“菲蒂士金质奖章”;而博士论文里由茅以升发现的一个规律,后来被称为“茅氏定律”。

为圆周率写传和一篇游记

茅以升在美国学习时,他仰慕和钦佩美国先进的科学技术,但并不盲目崇拜洋人,更无丝毫媚骨。有两件事很值得一写。

1917年4月,当茅以升还在康奈尔大学读书时,他竟然在百忙之中为圆周率写传。

茅以升熟记圆周率在唐山路矿学院是人人皆知的。那是1940年一次晚会上,同学们都欢迎茅以升院长表演一个节目。茅以升不会唱歌跳舞,只好说:

“我就背圆周率吧。”

他一口气把圆周率背到小数点后一百位。同学们听后,热烈鼓掌,惊诧万分!这个记录只怕到今天还是要算世界冠军吧?

为什么茅以升对圆周率那么有感情,甚至在美国读书时还为它写传呢?有一位为茅以升写传的作家说:“年轻的茅以升在美国留学时期总结圆周率,看来不仅仅是为它写发展史或写一部圆周率的‘传记’,而更主要的是出于强烈的爱国主义精神,用以表现中华民族的自豪感,说明我们祖先是世界科学文化的创造者和先驱,就是对圆周率的计算和发明创作上,也从来不落人后。”

还有一件事是他在游览美国著名的尼亚加拉大瀑布时,有感而发,写了一篇不仅很有文采,而且充满激情的游记:

我从美国布法罗城乘汽车西行30公里,远远听到那宛如巨雷般的流水声响。下车望去,但见银光四射,水花飞溅,股股庞大的白色浓雾向空中喷涌,这就是尼亚加拉大瀑布气势磅礴的外景。

我平素爱打听江河湖海名称的来历,这次又向陪伴同行的美国朋友询问尼亚加拉大瀑布名称的来历。他们告诉我,尼亚加拉这个名字的意思是“雷神之水”。大概古代印第安人以为这个瀑布是雷神在降水吧,所以给它起了一个富有神奇色彩的名字。

望着眼前被誉为天下奇观的大瀑布,我不禁想起唐朝诗人李白的诗句:“飞流直下三千尺,疑是银河落九天。”

用李白的诗句来描写尼亚加拉大瀑布我看毫不夸张。据同伴讲,瀑布总宽度达1200米以上,水帘平均高度超过50米。瀑布位于美国五大湖区的尼亚加拉河上,上接伊利湖,下注安大略湖。瀑布中央有座石岛将瀑布分为两部分,东边叫做“美利坚瀑布”,西边叫“加拿大瀑布”,即马蹄铁瀑布,总称尼亚加拉瀑布。美国和加拿大两国分界线就在瀑布中间。

……我是个搞科学研究的人,除了游览之外,职业的本能使我又关心水利资源的开发利用。据了解,早在1881年,当地人就开始利用瀑布河段的水力发电。1895年建立的亚当斯水电站,是当时北美最大的发电站。随后,美、加两国在尼亚加拉大瀑布上修建了一系列水电站。

我赞叹当地人民开发利用尼亚加拉大瀑布之余,禁不住想起了大自然赋予我们祖国丰富的水利资源:那奔腾的黄河,汹涌澎湃,势不可挡;那滚滚的长江,湍流不息,一泻千里。可是几十年来,不曾见长江黄河水利资源的开发利用,只见江河泛滥,水域成灾。多少人望洋兴叹,眼见江水浩浩荡荡,付之东流。

如今,我们文明古国已迈入20世纪,充分利用水利资源使之变害为利,迫切需要科学。岂止是开发水利,就是采矿、筑路、架桥……无一不需要科学。中国富强的希望就寄托在我们青年的身上,“天下兴亡,匹夫有责”。我们要有满腔热血、无穷力量,更需要掌握科学技术,用科学来救国吧!空发议论是解决不了中国的实际问题的。

由以上两件事,可以清楚看见茅以升爱国的拳拳之心。

钱塘江上建铁桥

1933年春天,正在天津北洋大学任职的茅以升,突然接到浙江省建设厅厅长曾养甫的信函,请他赴杭州在钱塘江上建一座现代化铁桥。茅以升感到自己梦寐以求的机会来了,他要为中国建造一座争气桥的愿望有可能实现了,于是他毅然辞去北洋大学优越的教授职务,到杭州担任了钱塘江大桥工程处处长,负责大桥的建造工作。

1936年,时任钱塘江大桥工程处处长的茅以升

钱塘江是中国著名的险江,上游狭窄,到了杭州,江面越来越宽,成了大江,如果上游山洪暴发,则江流汹涌,风险浪恶;遇到洪水则海潮并发,整条江翻腾激荡,浊浪排空,势不可挡,所以自古以来就以“浙江潮”驰名全国。钱塘江自古还有“钱塘江无底”的说法,这除了形容钱塘江很深以外,还因为江底沉积的泥沙有41米深,而且不断流动,变幻莫测。在这样险恶的河流上建桥当然极其困难,所以杭州很久以来民间就有一句歇后语:钱塘江上造桥——办不到。

在茅以升设计钱塘江大桥方案的同时,浙江省还请美国桥梁专家华德尔另外设计了一个建桥方案。茅以升知道后,对浙江省这种不信任自己国家技术人员的行为颇为不满。曾养甫知道后,连忙解释:“因为华德尔是铁道部聘请的顾问,我们请他设计一套方案,铁道部和华德尔就不会反对我们浙江省建桥了。至于他的设计用不用,你们完全可以研究。我希望你们能做出比他更好的设计。”

最后,两个建桥方案在铁道部审批时,茅以升的方案得到了批准。曾养甫十分满意地对茅以升说:“你们的规划方案,大大超过华德尔的!”

不愉快的事情还没有完,当建桥工程即将开始时,西方国家一些工程师冷笑说:

“茅一定要失败的!白费气力!”

“中国人没有建造这样大桥的经验和本领。”

国内也有一些人跟在外国专家后面瞎起哄。

但茅以升坚定地宣称:“从科学上看,我们在钱塘江上造桥是一定会成功的。”

唐僧取经遇上“八十一难”,茅以升造桥,也有八十一难。可是,茅以升紧密依靠广大技术人员和工人,终于将困难一个一个地克服了。

1937年9月26日,钱塘江大桥终于建成了。火车伴着长鸣的汽笛声,风驰电掣地驶过了大桥。大桥工地一片沸腾,人山人海的群众顿时欢声雷动,欢呼声压倒了滔滔江涛和辚辚的车轮撞击声。茅以升更是兴奋得难以自已,两行热泪悄悄地流到嘴里。

30年的理想实现了,中国人终于用自己的智慧和双手,造出了现代化的钢铁大桥!茅以升为桥赋诗:

钱塘江上大桥横,众志成城万马奔。

突破难关八十一,惊涛投险学唐僧。

话说古桥数家珍

茅以升不仅是世界著名的建桥专家,而且还是优秀的科普作家,写了许多桥梁史话。例如《钱塘江桥》《武汉长江大桥》以及《中国的古桥与新桥》等著作。除此以外,他还写了许多科普文章,详细而又风趣地介绍了我国一些著名的古桥,如《介绍五座古桥——珠浦桥、广济桥、洛阳桥、宝带桥和灞桥》《桥话》《没有不能造的桥》等等。《中国的古桥与新桥》这本书,是应外文出版社的请求,专门向国外介绍我国古今桥梁的。这本书曾被译成多种外文,向国外发行。

茅以升通过这些史话,让中国年轻一代和世界各国人民知道,在桥梁建筑方面,中国曾占据领先地位。他通过所搜集的丰富资料,细心考证出我国各个重要的著名桥梁在不同历史年代中建成的情况。这种考证和介绍,深刻体现了茅以升的爱国之心。

他还用古代诗歌丰富人们对一些古桥的感受,谈到公元一世纪在陕西建造灞水桥,他举了李商隐的诗:

朝来灞水桥边问,未抵青袍送玉珂。

和陆游的诗:

灞桥风雪吟虽苦,杜曲桑麻兴味浓。

谈到公元605年河北建造的赵州桥,他引用宋朝杜德源的诗:

坦平简直千人过,驿使驰驱万国通。

谈到公元1050年在福建泉州建造的洛阳桥,他引用了明朝徐勃的颂诗:

路尽平畴水色空,飞梁遥跨海西东。

潮来直涌千寻雪,日落斜横百丈虹。

以及明朝凌登写下的赞歌:

洛阳之桥天下奇,飞虹千丈横江垂。……

约束涛浪鞭蛟螭,雄镇东南数千里。

在凌登镂月裁云的笔下,洛阳桥的景色是何等壮丽、何等可爱啊!