结构优化设计是近二十年发展起来的一门新技术。优化设计的出现，使设计者从被动地对设计方案进行校核进入主动的方案设计。在结构设计中采用优化方法，可以提高设计质量，加快设计速度，降低工程造价，从而带来巨大经济效益。因此，结构优化设计理论及其方法的研究对于工程实际应用具有重大意义。 目前，对于连续变量的优化设计的理论及其方法的研究日趋成熟。但是，在工程实际问题中，许多设计变量的取值不是在某一范围内连续变化，而是只能取某些符合一定条件的离散值。在解决混合离散变量优化设计问题时，由于设计变量的离散性，一些发展成熟的连续变量的优化设计方法已经不再适用。因此，有必要研究专门解决混合离散变量优化问题的优化方法。 本文结合河南省教育厅项目“大型预应力U型薄壳渡槽结构优化设计”，对混合离散变量优化设计理论及其方法展开了一系列研究，研究内容主要有以下几点： 1.分析了南水北调中线工程中大型渡槽设计中存在的力学问题，将需要研究的问题分为五个大的方面。并选择了大型预应力U型薄壳渡槽结构优化设计作为研究课题。 2.将“爬山”法与“查点”法结合起来，形成了混合离散变量的直接搜索和查点算法，并根据此算法构造思想编制了优化计算机程序MDOpt。 3.建立了大型预应力U型薄壳渡槽结构优化的结构分析模型和优化设计的数学模型，并利用计算程序对其进行了优化，得出了令人满意的优化结果。 4.利用FORTRAN与AutoLISP混合编程思想，编制了FORTRAN-LISP参数化绘图程序，实现了优化结果的自动化绘图。 利用有关考题对离散变量的直接搜索与查点算法进行了考核，得出了以下主要结论： 1.混合离散设计变量的直接搜索与查点法的优点是显而易见的：该方法的计算速度高(用时少)，计算精度高。 2.混合离散设计变量的直接搜索与查点法的缺点是：该方法且对初始点的要求较高，若初始点选择不当，很难寻到最优解。与枚举法相比可以看出，该算法一样容易陷入局部最优点。 3.将结构优化设计应用于工程结构设计中，经济效益显著。对于南水北调中线工程穿黄渡槽，利用直接搜索与查点法优化后的材料成本比原设计降低27.80﹪；对于东深渡槽，利用直接搜索与查点法优化后的材料成本比原设计降低19.75﹪。 4.利用RORTRAN-LISP绘图程序将优化程序与CAD集成，实现了优化结果的自动化绘图，加快了设计速度，减轻了设计人员绘图劳动强度以及重复、繁琐的计算。 本文的研究工作对南水北调工程中大型预应力U型薄壳渡槽结构优化设计具有一定参考价值。