由于世界航运业的激烈竞争,船舶越来越向大型化发展,这也导致了码头的大型化。随着码头水深的增加,码头的高度随之增加,码头的工作条件更加复杂,如何优化码头结构设计,提高其安全度,降低造价是港口工程界面临的重要课题之一。本文以蓬莱港某重件码头为研究对象,详细分析和计算了该码头的各项荷载,基于规范推荐的方法对方块结构和沉箱结构分别进行了计算,确定了能够保证结构安全的最小断面,并进行了工程量、工程概算和经济指标的计算,通过方案比选论证了沉箱结构的优越性,在大型码头中沉箱结构不仅整体性好,抗震能力强,而且比方块结构施工进度更快,造价更低,应优先采用沉箱结构。之后又基于有限元法对沉箱结构进行了优化设计,针对规范法和有限元法这两种计算方法进行了分析比较,结果表明有限元法可作为常规设计方法的补充应用到码头结构设计中。本文主要观点如下:(1)现行规范推荐的沉箱计算方法基于公式和查表法,在计算图式、荷载处理和分项系数等方面都进行了简化,与实际受力模型差距较大。在计算图式方面,将本是整体结构的沉箱分解为一块块互不联系的板,按照连续板或者双向板进行计算。由于沉箱相邻垂直的板的刚度达不到支座的要求,从而导致计算出的内力与实际情况有一定差距。在荷载处理方面,将地基当作刚体来计算地基反力,忽略了沉箱底板所受的地基反力与地基的弹性系数的关联和对地基反力的影响,从而导致计算出的底板的内力与实际情况有较大差距。在前后壁计算时,忽略了码头上部结构传递给沉箱前后壁的水平力,增加了前后壁内力的计算误差。在荷载分项系数方面,由于忽略了地基性质对于地基反力的影响,为了保证安全,又将由自重、地面均布荷载、系缆力、土压力等荷载作用产生的地基反力这个次生荷载再乘以1.35的分项系数,与实际受力情况差别较大。由于上述简化带来的误差,现行规范推荐的沉箱计算方法不能详细地反映沉箱各板受力和破坏的过程,不能直观地反映出各板的开裂和发展过程,不能精确地发现最薄弱的部位。(2)以板壳理论为基础的有限元计算法可以进行空间立体建模和三维内力计算,根据实际情况计算各板的刚度和对相邻构件的影响,将荷载整体施加到整个沉箱上,让各板共同承担外部荷载,并考虑了基床的特性对于沉箱的影响,其内力的分配与各构件的相对刚度相关联,按刚度的函数进行传递和分配。适当的选取网格的大小,会使计算的精度更接近于实际受力情况,或者说更接近于模型试验的成果。有限元计算法能够形象地反映沉箱的内力分布、裂缝开展部位及宽度,有利于及时发现结构的薄弱部位,提高结构内力的计算精度,在保证结构安全的前提下,降低工程的造价。随着计算机技术的快速发展和有限元计算理论的不断完善,采用有限元法进行沉箱优化设计是大势所趋。现行港口设计规范也提出“在有条件的情况下可以采用有限元法计算”的观点,可见有限元法已经得到了港口工程界的认可,只是还没有普及和推广,相信在不久的将来,随着港口设计专用的有限元软件的不断开发和优化,有限元法很有可能被纳入规范作为常规设计方法的补充,这也将给国家创造可观的经济效益。