近年来，桥式起重机在装备制造业和物流搬运行业中的使用越来越广泛。使用者对桥式起重机工作性能的要求也越来越高，逐步向高精度、结构轻量化、低能耗、低成本的方向发展。目前国内的桥式起重机桥架结构设计多以经验法和静态设计法为主，虽然能满足工程上的需要，但存在结构尺寸大、惯性大、材料过量使用等问题。桥式起重机桥架的主梁质量通常占整机比重的60~70％，对桥式起重机的主梁进行结构分析与优化设计就显得十分必要。　　本文首先对桥式起重机现代设计方法和结构优化设计的应用现状进行了研究，详细阐述了桥式起重机的基本结构和桥架设计需要遵循的基本准则，分析了某型号50t桥式起重机主梁截面的主要参数以及主梁工作载荷大小、类型与作用性质，并给出了主梁具体的初步设计参数。进一步，采用商用有限元软件ANSYS，基于APDL语言编制了该桥式起重机主梁的参数化建模程序，并进行了多种工况载荷下的有限元分析。详细讨论和研究了该桥式起重机主梁多工况下的结构应力和结构挠度，多工况下上、下盖板中心线上各节点的应力和挠度分布，以及主梁上、下盖板中心线上各节点在小车轮压作用下的节点应力和节点挠度的变化状况。有限元分析结果表明，初步设计的桥式起重机主梁结构在各种工况下能满足安全要求。　　进一步，论文利用ANSYS的优化算法，在满足强度、刚度以及制造工艺性等约束条件下，对主梁的结构设计参数进行了优化，获得了主梁结构参数的最优序列，并分别采用常规计算校核和有限元法对主梁的最优设计参数进行了验证。优化结果表明，结构设计参数经优化后，主梁的强度和刚度能够满足设计准则要求，而自重得到了较大幅度的减轻，对降低桥式起重机的制造和使用成本起到了积极作用。最后，论文分析了主梁1-5阶固有振型对主梁结构的影响，从结构设计的角度出发，提出了改善主梁振动性能的措施。