为优化上加劲双层钢桁梁桥设计参数，在确保结构安全性的同时降低上部结构工程量，提出了一种基于响应面的适用于多目标优化的改进AdaDelta算法。以一座公轨两用桥为依托工程，建立了关于桥梁初始设计参数的多尺度混合单元模型，进行了计算精度验证；基于桥型结构及受力特点，选取上下弦杆高度、桁架高度、加劲竖杆最大长度和桥面板厚度作为待优化结构参数，选定结构跨中活载挠度、加劲弦最大拉应力、桥面板最大弯曲应力、墩顶截面下弦杆最大压应力、腹杆最大稳定压应力和上部结构工程量为目标函数，建立了反映待优化参数与目标函数非线性关系的响应面拟合方程组；采用改进AdaDelta算法对上加劲双层钢桁梁桥的设计参数进行优化，并与PSO及NSGA-Ⅲ的优化结果进行了对比。研究结果表明：响应面法可准确拟合待优化参数与目标响应函数间的数值关系，采用轻量化方程拟合精度达97%以上、变异系数小于1%,在保证计算精度的同时大幅提升了计算效率；提出的改进AdaDelta算法保留了传统AdaDelta算法收敛速度快、优化过程抖动小的特点，引入的满意度与重要性双权重控制准则使优化结果针对性更强、工程适用性更广，多目标优化满意度结果可平均提升6%;设计参数优化后发生了结构内力重分布，结构跨中活载挠度、加劲弦最大拉应力和桥面板最大弯曲应力分别增加了10.37%、4.65%和4.99%,墩顶截面下弦杆最大压应力和腹杆最大稳定压应力分别降低了0.86%和4.34%,上部结构的工程量降低了4.11%,在保证结构安全的前提下大幅降低了工程造价。提出的算法高效且易于操作，可根据具体优化需求灵活调控权重以达成不同目标导向的设计决策，适合推广至其他体系桥梁的优化设计实践中。