王 军，王 萍，冯昭亮

（1.西安市政设计研究院有限公司，陕西 西安 710068；2.内蒙古阿拉善盟公路运输维护中心，内蒙古 阿拉善盟750306；3.西安航天城市政公用发展有限公司，陕西 西安 710005）

0 引言

结构优化设计，通俗点说，就是选择较好的设计方案并进行设计。从广义上说，应当是用系统的、目的定向和良好标准的设计过程来实现对所选结构形式、外形尺寸、采用材料等的设计[1-2]。拓扑优化时，在限定条件较少，如尚不明确构件尺寸、构件之间的连接方式时，可以利用拓扑优化工具进行桥梁结构的找型工作，得到桥梁结构材料最优分布的桥型方案。

1 拓扑优化及其基本原理

优化设计按所选设计变量类型的不同可分为截面（尺寸）优化、形状优化和拓扑优化。其中，拓扑优化属优化设计的概念设计阶段。其目的主要体现在结构选型和结构布置上，即在满足各种约束条件下，去除不必要的构件和材料使结构在规定意义上达到最优，属于优化设计的最高阶段，难度也最大。因此，拓扑优化才是真正意义上的创造结构[3]。

对于设计人员，只要将有限元分析软件与优化设计方法结合起来，并把工程实际问题合理地转化为优化模型，就可以利用相关计算方法很好地完成优化设计。借助ANSYS 软件强大的优化分析功能，能够很好地完成既定的优化目标。ANSYS 的优化模块中三大优化变量为设计变量、状态变量、目标函数[4]。

1.1 设计变量

在结构优化设计方案诸多变量中，可以变化的量为设计变量。……