核电作为清洁能源是我国未来积极发展的能源之一。其中核电站安全是保障核电工程安全运营的关键。近些年,中国核电站的装机容量逐年增加,且分布区域由沿海地区向内陆地区延伸。良好地基的日渐减少促使核电站的基础形式逐渐由刚性基础向柔性基础发展,大型桩筏基础在核电站基础中的应用变得非常重要。一般认为对于重要建筑物通过增加用桩量和桩土置换率可提高桩筏基础承载力和整个结构的安全性能,而实际情况是桩土相互作用和过大的差异沉降会增加筏板及上部结构的次生应力。次生应力容易使结构产生变形、裂缝,甚至影响结构的安全性。因此,寻求应用范围广泛且优化效率高的桩筏基础优化设计方法至关重要。中国存在大量的地震活跃地带,核电站可能会遭受到地震的作用,由于基岩具有很高的剪切波速,直接建在基岩上的核电站受到土层的影响较小。但是对于建造在成层地基上的核电站,地震波在传至核电站上部结构时会受到低剪切波速土层的放大作用,其动力响应理论上会比建在基岩上的核电站大,而桩筏基础优化设计则会对动刚度产生进一步的影响。因此,为了保证核电结构在整个寿命期内的安全性和稳定性,系统研究核电站-桩筏基础的静力优化设计及其对地震动力响应的影响是非常必要的。本文开展了桩筏基础变刚度优化设计方法研究、优化设计对桩筏基础动刚度及上部结构动力响应影响研究和桩筏基础抗震设计简化计算方法研究。主要研究内容如下:（1）基于桩顶应力分布特点提出了一种变桩径优化设计方法（Based on the Stress Distributionatthe Pile Top,简称BSDPT）。本文结合有限元分析方法,建立了三维有限元模型,并用APDL语言编写了 Duncan-Chang本构模型以考虑土体的非线性特点,实现了在计算中同时考虑桩土相互作用和上部结构产生的不均匀荷载。通过对传统均匀布桩设计方案的有限元计算结果中桩顶应力分布特点进行研究分析,提出了一种通过改变桩径实现减小桩筏基础差异沉降的优化设计方法。研究结果表明,优化后桩筏基础差异沉降和筏板整体弯矩均得到了显著降低。（2）基于筏板沉降分布特点提出了一种改变桩距的自适应优化设计方法（Adaptive Optimization Method,简称AOM）,并将优化设计后多余的群桩承载力转变为基桩数量的减少,进一步实现了经济优化设计.（Adaptive Optimization Method-Economic Saving,简称AOM-ES）。该方法是在对传统均匀布桩设计方案中筏板沉降特点进行研究分析的基础上,采用插值法对筏板沉降曲面进行离散,建立了筏板沉降与各基桩定位坐标之间的关联。将有限元分析与MATLAB编程相结合,实现了通过改变桩距来减小桩筏基础差异沉降的自适应优化设计,研究了不同荷载类型和不同筏板形状的桩筏基础采用AOM优化设计后差异沉降的优化效果。通过对该方法进一步扩展,研究了在保持高优化效率的同时将群桩中富余承载力转化为群桩数量的减少,实现了经济优化。研究结果表明,优化后不同案例的桩筏基础差异沉降均得到了显著降低,说明该方法在实现高优化效率的同时具有很强的适应性和稳定性。（3）基于桩-桩相互作用（Pile to pile interaction,简称PPI）提出了一种变桩长优化设计方法。本文利用单桩荷载试验数据与数值分析相结合推算桩-桩相互作用系数,把群桩的优化问题转变成单桩问题。采用有限元模拟单桩荷载试验推算出相同土层条件下的单桩“桩长-沉降-荷载（Length-Settlement-P,简称L-S-P）”曲面,将桩-桩相互作用系数与单桩L-S-P关系相结合用于描述群桩的沉降问题。通过改变基桩长度来解决复杂荷载作用下桩筏基础的差异沉降问题,研究了不同荷载类型、不同荷载水平条件下该方法对桩筏基础差异沉降的优化效果。研究结果表明,该方法能够根据桩筏基础的不同初始设计状态有效降低桩筏基础的差异沉降,且不会给施工增添过多工作量。（4）研究了水平变刚度优化设计对桩筏基础动刚度及桩-土-上部结构动力响应的影响。本文采用直接法建立了桩筏基础动阻抗函数的分析模型。研究了桩筏基础等刚度分布和变刚度分布对动阻抗函数的影响规律,以及在不同地震动水平下的变化特点。结果表明,桩筏基础优化设计会对桩筏基础的动刚度产生影响,影响程度与荷载频率和地震动水平有关。以某拟建核电站为研究对象,建立了包含上部结构、桩筏基础和有限域土体的有限元分析模型。在模型边界处通过施加黏弹性边界考虑无限域地基的影响。通过对比分析变刚度桩筏基础优化设计模型和传统设计模型的动力计算结果,揭示了桩筏基础优化设计对桩筏基础及上部结构动力响应特点的影响规律。研究结果表明,优化设计改变了桩筏基础竖向刚度沿水平向的分布,使桩筏基础的抵抗中心与上部结构的作用中心更加重合。（5）针对地震波作用下桩筏基础的动力反应,提出了一种基于底部剪力法的拟静力计算方法。该方法将上部结构惯性力和自由场变形对桩身内力的影响分开来考虑,最后进行荷载效应组合得出最终结果。在多条地震波作用下,运用提出的拟静力分析方法和时程分析方法对桩筏基础模型进行计算,对比分析了中心桩、角桩的桩顶剪应力及群桩桩顶剪应力包络图。研究结果表明,所提出的计算方法能够较准确的求得水平地震作用下桩身剪应力峰值及其分布规律,同时显著提高分析效率,且方法的应用不受桩筏基础规模和土体分层的限制。