在水利工程中,压力管道作为重要的输水建筑物,直接关系着整个水电站能否实现正常发电的功能。而压力管道的设计,往往受到地理、气象和人为等因素的限制,常需采用布置更为灵活的压力埋管。加劲环式压力埋管的结构形式和受力条件较为复杂,传统的设计往往不能将结构充分优化,同时不能兼顾安全与经济。而通过对压力埋管的优化设计,将结构尺寸进行优化,在保证安全的前提下,使材料的用量更少,实现更经济。因此,对加劲环式压力埋道结构设计的优化研究是很有必要的。本文首先介绍了压力埋管的结构设计的传统算法,并利用传统算法对某水电站加劲环式压力埋管进行初步设计,为优化设计提供对比和参考。然后以该水电站初步设计方案为基础,建立以结构可靠度指标为约束的优化设计方案。在优化设计中,把两个加劲环之间的管道作为研究对象;将压力管道管壁厚度、管内半径、加劲环间距、加劲环的厚度和高度等设计变量作为优化变量;以两加劲环中线之间的管道的体积作为目标函数;把钢管与围岩共同承受内水压力而不失稳和加劲环钢管承受外水压力也不失稳的条件作为约束条件。文中利用验算点法进行了可靠度指标的计算,利用复合形法进行了整体结构的优化,并对两种方案进行安全性和经济性对比。整个优化过程都是通过利用MATLAB软件进行编程实现的。最后利用有限元ANSYS软件,建立加劲环式压力埋管的三维模型,对初始设计方案和优化设计方案进行承受内水压力时的应力与位移分析和承受外水压力时的特征值屈曲分析和非线性屈曲分析。通过对比发现,加劲环式压力埋管的优化设计,可以在满足结构可靠度允许值且在内水压力和外水压力作用时保持结构性能均衡的情况下,达到更节约材料(比初始设计方案体积减少了10%)的目的。此外,优化设计方法还有设计简单可靠的特点,可以在很短的时间找到全局最优的方案。本文的方法和成果可以为以后的加劲环式压力埋管设计提供一定的参考。