拱坝体形优化就是在给定的地形、地质以及荷载条件下,利用数学规划方法,寻找最合理的体形。国外这方面的研究始于20世纪60年代末期,我国起步晚些,从20世纪70年代末期开始,重点研究基于拱梁分载法的拱坝优化设计方法,经过20多年的努力,我国在拱坝优化领域的理论研究已经处于国际领先地位。随着研究的深入,拱梁分载法的缺点也愈加明显,为解决其不足,国内外不少学者在拱坝优化方面做了很多工作,其中包括用有限单元法编制各种计算程序用以改进优化计算方法,但是大多较难应用于实际工程。本文研究的目的是丰富、改善拱坝优化设计体系,减少拱坝优化设计频繁复杂的工作,实现计算机智能化和自动化,使拱坝优化设计能够缩短设计周期、提高设计质量和设计水平,从而取得显著的经济效益和社会效益。本文的混凝土双曲拱坝优化设计主要是针对工程应用研究,即给定拱坝线型通过调整设计变量进行优化设计,采用有限单元法对拱坝进行结构计算,解决了拱坝模型不同参数的全自动计算问题,提高了拱坝优化设计的效率。首先在参考国内外学者所建立的不同拱坝优化模型的基础上,通过仔细分析和研究拱坝体形以及受力特点,将拱坝优化设计模型建立成一个线性规划模型,并基于该线性模型以及所建立的坐标系统,分析了拱厚要求、倒悬度要求、坝面凸性要求、坝体稳定和拱端位置要求等约束条件。然后基于线弹性有限元计算理论和数值方法,针对拱坝所受温度荷载不同的两种工况,依据稳定温度场分布和影响情况,运用有限元应力分析的理论和体形最优化基本原理,把温度作为耦合荷载的形式对拱坝进行应力分析,由计算结果获得优化设计的状态变量,初步了解坝体结构的受力情况。以大型通用有限元计算软件ANSYS作为平台,用该软件强大的前后处理功能完成优化计算中繁琐的前后处理任务,并充分利用APDL参数化语言,编制ANSYS命令流文件,实现ANSYS软件的参数的自动读入,从而实现拱坝参数化实体模型的自动建立。最优化设计的过程可由计算机软件自动执行和控制,减少了以往设计过程中不断重复所消耗的时间。结果证明该程序的可靠性强、效率高、收敛性稳定。最后是优化设计的拓展应用,在坝高不变的情况下,改变坝体的宽高比、曲率等体形特征,并对改变后的拱坝模型进行体形优化分析,通过对计算结果进行的分析比较得到一些有益的结论。