码头的空间性对结构计算的影响分析

李林俐苏涛

摘要：码头是重要的港口设施，其结构设计和计算的主要考虑因素便是码头的空间性。码头的空间性是指码头结构在空间上的形态、尺寸、布局、连接方式等特征，它决定了码头的受力、变形、稳定性、耐久性等特征。本文从理论和实例两方面，分析了码头的空间性对结构计算的影响，以期为码头结构设计和计算提供一些参考和启示。

关键词：码头；空间性；结构计算；影响分析

一、码头空间性对结构计算的影响原理

码头的空间性对结构计算的影响主要体现在以下几个方面：其一，码头的空间性决定了码头结构承受的荷载类型、大小、方向、分布等，如自重、船舶荷载、流动荷载、风、浪、流等，不同的空间性会引起不同的受力情况，从而影响码头的结构强度。其二，码头的空间性决定了码头结构的刚度、柔度、惯性等，以及其与地基、水域、船舶等的相互作用，不同的空间性会导致不同的变形特性，从而影响码头结构的位移、角度、曲率等。其三，码头的空间性决定了码头结构的稳定性和耐久性的控制因素，如强度、刚度、裂缝、疲劳、腐蚀、磨损等，不同的空间性会导致不同的稳定性和耐久性的问题，从而影响码头结构的安全系数、寿命、维护等。

二、码头空间性对结构计算影响的研究方法

码头的空间性对结构计算的影响的方法主要有以下几种：一是理论分析法，利用力学、数学、物理等理论，建立码头结构的数学模型，分析码头的空间性影响结构计算的机理和规律，得出结构计算的公式、图表、曲线等。二是数值模拟法，利用计算机、软件、数据等工具，建立码头结构的数值模型，模拟码头的空间性影响结构计算的过程和结果，得出结构计算的数值、图形、动画等。

三、码头空间性对结构计算影响的实例分析

为了进一步说明码头的空间性对结构计算的影响，本文选取了以下几个典型的码头结构实例，进行了不同码头结构的空间性比较和分析。

（一）直线型和曲线型码头的比较

直线型和曲线型码头的空间性对结构计算的影响主要有以下几点：首先，直线型码头的结构计算相对简单，采用一维或二维模型，只需考虑沿直线方向的受力和变形；曲线型码头的结构计算则相对复杂，需要采用二维或三维模型，综合考虑沿曲线、垂直曲线方向的受力和变形。其次，直线型码头的结构受力较为均匀，主要有沿直线方向的拉压力和弯矩，以及垂直直线方向的剪力和扭矩；曲线型码头的结构受力则相对复杂，主要有沿曲线方向的拉压力和弯矩，以及垂直曲线方向的法向力和切向力，还需考虑曲线的曲率、曲率变化率等因素的影响[1]。再其次，直线型码头的结构变形主要是沿直线方向的伸缩、弯曲变形，以及垂直直线方向的剪切、扭转变形，曲线型码头的结构变形则主要是沿曲线方向的伸缩、弯曲变形，以及垂直曲线方向的法向、切向变形，因此直线型码头的结构变形较为简单，曲线型码头的结构变形较为复杂，需要考虑曲线的几何非线性和物理非线性的影响。最后，直线型码头的结构稳定性和耐久性主要受到直线方向的拉压力和弯矩的控制，以及垂直直线方向的剪力和扭矩的影响，曲线型码头的结构稳定性和耐久性主要受到曲线方向的拉压力和弯矩的控制，以及垂直曲线方向的法向力和切向力的影响，因此直线型码头的结构稳定性和耐久性较为容易保证，曲线型码头的结构稳定性和耐久性较为困难保证，需要考虑曲线的局部失稳、疲劳破坏、腐蚀损伤等问题。

（二）单排和双排码头的比较

单排和双排码头的空间性对结构计算的影响主要有以下几点：其一，单排码头的结构计算相对简单，采用单元或组合的模型，只需考虑单个码头的受力和变形；双排码头的结构计算则相对复杂，需要采用耦合或交互的模型，综合考虑两个码头之间的相互影响和水道作用。其二，单排码头的结构受力主要有沿岸线方向的拉压力和弯矩，以及垂直岸线方向的剪力和扭矩，双排码头的结构受力主要有沿岸线方向的拉压力和弯矩，以及垂直岸线方向的剪力和扭矩，同时还受到水道的水压力和水流力的影响，因此单排码头的结构受力较为均匀，双排码头的结构受力较为复杂，需要考虑水道的宽度、深度、流速等因素的影响。其三，单排码头的结构变形主要是沿岸线方向的伸缩、弯曲变形，以及垂直岸线方向的剪切、扭转变形，双排码头的结构变形主要是沿岸线方向的伸缩、弯曲变形，以及垂直岸线方向的剪切、扭转变形，同时还受到水道的水位变化和水流变化的影响，因此，单排码头的结构变形较为简单，双排码头的结构变形较为复杂，需要考虑水道的动态响应和非线性效应的影响。其四，单排码头的结构稳定性和耐久性主要受到岸线方向的拉压力和弯矩的控制，以及垂直岸线方向的剪力和扭矩的影响，双排码头的结构稳定性和耐久性主要受到岸线方向的拉压力和弯矩的控制，以及垂直岸线方向的剪力和扭矩的影响，同时还受到水道的水压力和水流力的影响，因此，单排码头的结构稳定性和耐久性较为容易保证，双排码头的结构稳定性和耐久性较为困难保证，需要考虑水道的冲刷、冲击、振动等问题

[2]。

（三）固定和活动码头的比较

固定和活动码头的空间性对结构计算的影响主要有以下几点：其一，固定码头的结构计算相对简单，可以采用静力或动力的模型，只需考虑码头结构本身的受力和变形；而活动码头的结构计算则相对复杂，需要采用动力或随机的模型，综合考虑码头结构与地基或水域的相对运动和相互作用。其二，固定码头的结构受力主要是由荷载和环境引起的内力和外力，如自重、船舶荷载、风、浪、流、温度、地震等，活动码头的结构受力主要是由荷载和环境引起的内力和外力，以及由运动引起的惯性力和阻尼力，如质量、速度、加速度、摩擦、阻力等，因此固定码头的结构受力较为稳定，活动码头的结构受力较为波动，需要考虑运动的幅度、频率、方向等因素的影响。其三，固定码头的结构变形主要是由受力引起的弹性、塑性变形，如伸缩、弯曲、剪切、扭转等；活动码头的结构变形主要是由受力引起的弹性、塑性变形，以及由运动引起的刚体变形和相对变形，如平移、旋转、摆动、滑动等，因此固定码头的结构变形较为小，活动码头的结构变形较为大，需要考虑运动的形式、范围、速度等因素的影响。

四、结论

码头空间性决定了其结构承受的荷载类型，对于码头结构的刚度、惯性等均会产生影响，也是影响其耐久度和稳定性的主要因素。目前，分析其对结构计划影响的主要方法包括理论分析法、数值模拟法、实验测试法等。分析发现，进行码头空间计算方法的选择会受到码头类型、排数、是否固定等因素的影响，主要原因为不同类型码头受力存在较大的差异，在实际工作中需要确定好码头类型与受力才能够决定所使用的结构计算方法，该分析结论对码头空间计算方法的选择具有一定的参考价值。

参考文献：

[1]李兴奎.高桩梁板码头结构设计的空间有限元分析[J],2021(2):26-27.

[2]蔡建冬,唐照评.高桩梁板码头面板对结构内力的影响分析[J].港工技术,2023,60(1):62-65.