结构拓扑优化探讨结构构件的相互连接方式，结构内有无空洞、孔洞的数量、位置等拓扑形式，使结构在满足有关平衡、应力、位移等约束的条件下将外荷载传递到支座，同时使结构的某种性态指标达到最优。为探索拓扑优化的实际工程应用效果，以重力坝拓扑优化设计为例，研究了结构拓扑优化在水利建筑中的应用，取得了较好的结果。

溢流断面拓扑优化均匀化方法

由于拓扑结构变化的模型数据处理尚未有研究，所以在设计区域要自动产生开孔是很困难的。为了突破这一局限，考虑利用“固定”的有限元模型，在此模型中较小应力的单元被人为地指定具有很软的材料以近似地产生开孔。在此基础上，采用了均匀化方法。该方法的基本思想是在拓扑结构的材料中引入微结构(单胞)，微结构的形式和尺寸参数决定了宏观材料在此点处的弹性性质和密度，优化过程中以微结构的单胞尺寸为拓扑设计变量，以单胞尺寸的消长实现微结构的增删，并产生由中间尺寸单胞构成的复合材料，以拓展设计空间，实现结构拓扑优化模型与尺寸优化模型的统一和连续化。

溢流断面Voigt-Reuss组合简化算法模型

Swan和Kosaka曾经提出了一种适用于线弹性结构的应力应变简化的连续体拓扑优化方法。Voigt(应变均匀假设)和Reuss(应力均匀假设)是两种传统的近似简化单元的方法。在此前提下，简化Voigt-Reuss组合规则为基础进行结构拓扑计算。

在结构拓扑优化中，还常常会出现很多对最终结构产生不利影响的数值不稳定的问题，这些问题使得结构或过于复杂，或过于脆弱，或增大计算负担。为了解决这些问题，结合数字信号处理中的高斯函数滤波法和流体力学中的多重网格法，利用高斯函数的卷积运算和可构造软化核函数的性质，综合使用滤波法和多重网格法来解决棋盘格式和网格依赖性等拓扑优化中常见的数值不稳定现象，并配合使用滤波半径延拓法来减少局部极值现象对结构优化全局的影响。

溢流断面优势

拓扑优化方法对于混凝土重力坝非溢流断面的优化完全可行，并取得了比较满意的结果。事实上，拓扑优化得到的结果是最节省材料的。因而，拓扑优化的方法值得推广到其他建筑工程的优化设计中。