桥式起重机是在工矿企业等场合广泛使用的起重机械设备,当前国内桥式起重机材料性能并未充分利用,耗材多,自重大,亟需对起重机结构进行优化设计以达到自重轻、性能优的目的。在桥式起重机组成中,由于主梁高度和跨度较大,重量占比高,故对桥式起重机主梁结构优化能够有效降低桥式起重机重量。桥式起重机主梁尺寸优化和形状优化已经有很多的研究,而针对主梁轻量化的拓扑优化研究却相对较少,拓扑优化能从概念设计角度给主梁轻量化方向性指导,所以基于拓扑优化的主梁轻量化设计对有效减小桥式起重机重量有重要的研究价值。本文在国家科技支撑计划课题“桥式起重机械轻量化共性技术研究”(课题编号：2015BAF06B01)资助下完成。主要研究内容包括以下几个方面：(1)对某型号通用桥式起重机主梁进行有限元分析,并在分析基础上,采用零阶优化方法和一阶优化方法对其进行了结构优化,结果表明,即使是优化后的桥式起重机主梁仍然存在一些钢板的材料性能并未充分利用。(2)采用渐进结构优化方法对传统主梁截面进行拓扑优化,得到优化的矩形主梁截面,而后采用变密度法对主梁腹板进一步拓扑优化,得到副腹板为十字形桁架,主腹板仍为板壳的新型主梁结构。(3)根据拓扑优化结果,对主梁重新进行设计、尺寸优化、分析,结果表明,该新型主梁在满足强度、刚度、稳定性的要求下,新型主梁相对原型主梁减轻了1.785t,减重百分比为27.89%,相对优化后原型主梁减轻了0.965t,减重百分比为17.29%,减重效果明显。(4)设计了新型主梁样机加工图纸并进行加工、测试,测试结果与有限元分析结果误差在允许范围内,证明了有限元计算的正确性。拓扑得到的新型主梁在保证强度、刚度、稳定性的前提下,能够有效降低重量。该新型主梁为桥式起重机轻量化主梁提供了一种新结构。