拓扑优化设计就是寻找结构的刚度在设计空间里的最佳分布形式或结构的最优“传力路径”，从而达到优化结构的某些性能或减轻结构重量。随着形状优化和尺寸优化设计的不断成熟与完善，拓扑优化逐渐成为结构优化设计的研究热点与难点问题。同时也是当今世上最具有挑战性的研究课题。大家都知道，如果在结构设计一开始的概念设计阶段中就没有得到结构的最优拓扑形状，即使后续的形状优化设计和尺寸优化设计做得最好，也不可能得到结构的最优设计方案。因此，本文尝试性地将拓扑优化理论引入到水工闸门的优化设计中来，旨在在水工闸门的概念设计阶段就能得到其最优拓扑形式。主要研究工作有：(1)在广泛阅读国内外文献的基础上，对连续体结构的拓扑优化理论作了较为深入的学习与研究，对常用的拓扑优化方法及其数学模型及优缺点做了探讨与比较，对拓扑优化过程中常出现的问题进行了探讨，并提出了各自的解决方案。(2)以APDL参数化语言为基础，对ANSYS有限元软件进行二次开发，自行研发出结构拓扑优化程序，并以不同工况下桁架结构的算例验证了其正确性。(3)对平面闸门二维和三维结构的优化设计分别大胆引入拓扑优化理论，并对优化结果进行拟合与应力校核，验证了拓扑优化理论在水工闸门中应用的可行性。(4)对结构更为复杂的弧形闸门也尝试性地做了拓扑优化设计，并通过对优化结果的变形分析与应力校核，表明结构应力分布均匀，能够更好地发挥各部位材料的最佳性能。