水是生命之源、生产之要、生态之基。人类古文明起源于水,因而水与人们的生活关联密切,是人类社会繁衍生息的物质基础。然而天然状态下的水无法直接为人类所用,于是水利工程便应运而生。它采用控制水流的方式完成对水量的调配,以满足人们在生产和生活上对水资源的需求,同时也可有效的减少和防止洪水灾害。随着时代的变迁,人类在用水方面已不再局限于某一领域,而是追求多方面的满足,水资源的调配越来越普遍,其中水闸的引入,为人们合理控制分配水资源带来了有利的条件,有效地解决了很多实际问题。水闸通常修建在河道、渠系等地,与其它水工建筑物配合起来共同发挥作用,是促进国民经济发展的坚实力量。本文采用的是大型有限元分析ANSYS软件,针对某实例工程项目中的渠首闸,建立了闸室结构的三维有限元模型,充分考虑了闸室与周围地基的非线性接触关系,并将土体应力应变本构关系设定为理想弹塑性D-P模型,分别在完建期、设计水位和正常水位工况下对闸室结构进行了非线性静力分析,得到了闸室在不同工况下的变形结果和应力结果,根据设计标准对其进行了静态安全性校核,并通过从分析结果中提取的闸室关键截面的内力,对闸室结构进行了配筋设计。在此基础上,进一步分析了闸室及地基的自振特性,提取了闸室的关键振型和自振频率,根据相关抗震设计规范,拟合了加速度地震反应谱曲线,运用模态叠加法,对闸室结构进行了地震反应谱分析,并根据分析结果进行了抗震安全性校核。本文末尾对工程中的金属闸门进行三维参数化建模,在设计水位工况下对现有闸门结构强度和变形进行了校核;同时,基于ANSYS响应面参数优化的计算方法,对渠首闸闸门的关键部位尺寸进行了优化设计计算,在保证闸门现有强度安全系数和变形的状态变量下,通过优化加强筋厚度、间距、数量等变量,最终使得闸门结构总重量降低了5.3%,而安全系数提高了49.7%。