1916年夏，茅以升从天津唐山路矿学堂毕业，经保送派往美国康奈尔大学土木工程系留学。

茅以升刚到大学报到，注册处的主任说：唐山这个学校从未听说过，来我们研究院上学得先考试，合格才能注册。结果，茅以升考试成绩优异，这才注册成为桥梁专业研究生。后来茅以升拿到康奈尔学位后，凡是唐山路矿学堂的毕业生来康奈尔做研究生的，就都不再需要考试了。

一年后，茅以升得到硕士学位。他的导师贾柯贝教授说：“你搞桥梁，光靠理论不行，一定要有实际经验。”因此介绍他去匹兹堡一个桥梁公司实习。

实习期间，茅以升在公司制图室、构件工厂、装配工地、设计室都干过，两年半下来，用他自己的话来形容，是“粗有所获”。美国公司每天就上8个小时班，业余时间，茅以升没有荒废，他听说当地的卡内基理工学院土木工程系有夜校，就申请去读博士。

该校规定，硕士读博士除了提交论文外，还得读完一门主科、两门副科、两门外语。主科，茅以升当然选了桥梁。副科一门必须是自然科学，茅以升选了高等数学，一门必须是社会科学，他选了科学管理。外语，茅以升则选了中文和法文。

1919年底，茅以升通过了博士答辩会，成为卡内基理工学院的第一个工学博士。

1917年，茅以升刚到匹兹堡时，当地有中国留学生三四十人。大家就组成了“匹兹堡中国留学生会”，茅以升是副会长。一战后，巴黎召开和平会议，会上英美日等国欺负中国。学生会推举茅以升执笔写抗议文章，发表在当地报纸上。

1919年4月30日晚，学生会在卡内基音乐厅举行“中国夜”声援大会，请来一千五六百当地人。茅以升是主席，请来蒋廷黻教授发表抗议演说，延请美国朋友在会上发言声援，并散发茅以升写的宣传小册子。4天后，国内发生了“五四”运动。可以说，茅以升虽然身在大洋彼端，但是其爱国情绪仍是与国内同步。

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