水工弧形钢闸门由于其封闭面积大,启闭方便,预埋件少,闸墩高度小等优点,被广泛的应用于水工建筑物中。钢闸门的传统设计采用平面体系法或空间体系法,得到的钢闸门传力路径不够合理,造成结构自重过大,耗费大且不利于操作。此外,实际工程中很多钢闸门的破坏形式为结构失稳破坏,多归因于传统设计方法的不足。结构拓扑优化是一种最新结构优化理论,可应用于概念性结构设计。本文尝试给出一种新型的三支座大跨度水工弧门的设计方案:首先利用拓扑优化理论设计水工弧形钢闸门各支撑部件的最佳构型;其次,根据概念设计结果组装出水工弧形钢闸门整体模型;再次,利用尺寸优化技术,在保证弧形钢闸门变形、应力、自振频率、屈曲因子等要求的前提下,降低结构自重;然后校核钢闸门设计在其他工况下是否满足应力、应变、自振频率、屈曲因子等参数要求,确保结构安全运行;最后利用Keyshot软件渲染得到三支座弧形钢闸门结构效果图。在整个设计过程采用数值模拟软件Hyperworks展开建模、优化及后处理。尤其,在拼装整体结构时采用焊接单元连接相邻构件,以确保结构刚度与实际结构刚度更为吻合。经尺寸优化后得到的三支座水工弧形钢闸门最大应力为279Mpa<345MPa,最大变形为19.3mm<20mm,一阶屈曲因子为1.58>1.5,一阶自振频率为10.6Hz>3.5Hz。通过尺寸优化前后设计参数的对比发现通过尺寸优化弧形钢闸门各方面的性能指标明显得到了改善,同时闸门自重减小了6.3%。