主梁是桥式起重机的主要承载构件,其一旦发生结构破坏,往往带来难以估量的损失,因此必须保证主梁具有很高的可靠性,即很小的失效概率。目前,桥式起重机的设计仍停留在许用应力法或极限状态设计法阶段。针对桥式起重机主梁的概率可靠性计算方法,蒙特卡罗法仍是主要研究方法。许用应力法使用简单,但其无法定量的描述可靠性的大小。蒙特卡罗法虽能解决许用应力法无法定量描述可靠性大小的问题,但其在计算可靠性过程中需要大量抽取计算样本,对于桥式起重机主梁的小失效概率求解问题,蒙特卡罗法的计算效率则过于低下。因此,本文将子集模拟法引入到桥式起重机主梁的可靠性分析中。子集模拟法将目标失效事件用一系列中间失效事件来表示,用来模拟中间失效概率的条件样本点则通过马尔科夫链蒙特卡罗算法来高效生成。本文编写了基于Matlab的小失效概率计算程序,并通过实际工程案例验证了子集模拟法的可行性与有效性。桥式起重机的金属结构占据着整机质量的60%以上,基于许用应力法的金属结构设计理论偏于保守,造成了设备结构尺寸及重量过大,增加了制作、运输及安装成本。因此,本文将粒子群优化算法引入到桥式起重机主梁的金属结构设计中,以桥式起重机的箱形主梁截面面积作为目标函数,在主梁的强度、刚度及稳定性等约束条件基础上,将主梁的可靠性加入到约束条件中,建立了主梁可靠性优化设计的数学模型。基于微软??0.6VC软件开发平台,编写了桥式起重机箱形主梁可靠性优化设计软件,并利用所编软件对某型桥式起重机主梁进行可靠性优化。优化结果表明,在满足各项设计要求的前提下,主梁截面面积减少了6.81%,说明了应用该软件能减轻主梁自重,降低生产成本,从而提高了经济效益。