随着经济和社会的飞速发展,结构在地震作用下会产生更严重的后果,这对基于性能的抗震设计提出了更高的要求。分灾设计是结构抗震设计的重要设计方法,它将整体结构分成两个部分,其中主体部分承担正常使用功能,而分灾部分通过耗散地震能量等方法保护主体结构免受灾害影响。分灾系统包含主体和分灾两个部分,结构特性更为复杂,地震动、结构参数与结构响应的随机相关性更为突出,给分灾系统随机响应计算带来挑战,确定性的结构分灾设计流程也需要进一步完善。另外,分灾结构的全寿命总费用优化中,考虑损伤指标随机性和损伤状态模糊性的损伤评估多层次建模等问题,也需要进一步研究。本文的研究工作属于国家自然科学基金重大研究计划“重大工程的动力灾变”中“重大建筑与桥梁结构地震灾变集成研究”项目,开展了含结构保险丝的分灾系统在地震下高效随机响应分析方法、分灾结构设计方法和全寿命优化方法等研究,进一步发展了分灾设计理论。首先,为了考虑高阶模态影响,改进了基于能量平衡的多模态Pushover分析方法。由经典的非线性静力分析方法着手,研究了基于能量平衡的多模态Pushover分析,该方法继承和发展能力谱方法,建立了 Pushover分析的能量格式。而后提出了组合法和包络法两种改进方法,在保留基于能量平衡的多模态Pushover分析方法优势的基础上进一步考虑高阶模态的对分析的影响,同时提高计算效率。组合法将基于能量平衡的Pushover分析解与高阶模态弹性分析解组合得到地震响应,而包络法将Pushover分析解与包括基本模态的结构整体的弹性解进行包络处理。最后通过算例评估了改进方法的性能。其次,为了考虑地震不确定性提出了随机分灾设计谱,完善了分灾系统的设计流程。针对含金属保险丝结构的分灾系统特性,通过Pushover分析得到单自由度的分灾三线性模型和分灾设计谱,其形式与等延性反应谱类似。考虑到地震动随机性,引入了一种能够分别考虑时域和频域特性的随机地震动模型,建立了随机分灾设计谱,并对谱的分灾参数集进行了分析。使用随机分灾谱完善了分灾设计流程,并针对以防屈曲支撑为分灾构件的9层框架结构进行了设计。将随机分灾设计谱得到的设计方案与原确定性谱的设计进行对比,表明了随机分灾设计谱的特性和优势。再次,提出了基于Copula函数的分灾系统随机响应分析方法。引入了统计Copula函数,其能够考虑数据相关性,连接任意边缘概率分布和联合概率分布。针对结构系统响应与结构和载荷的随机参数必然存在的强烈相关性,通过Copula函数建立了结构、载荷和响应的联合概率分布模型,响应的随机分析可以由条件分布的形式直接得到。该方法相当于通过结构-载荷-响应的Copula联合概率分布建立了结构响应分布的“谱”,简化结构随机分析流程并提升结构优化效率。使用三线性的单自由度分灾系统对基于Copula的随机分析方法的效果进行了验证,考虑了结构、载荷和响应的不同联合分布情况给出了随机分析流程。最后,建立了分灾系统的多目标全寿命总费用优化设计方法。结构生命周期总造价主要由结构材料的初始成本和生命周期内的损伤损失组成,考虑到两者的冲突特性和决策者的偏好情况,使用多目标优化方法建立分灾系统的全寿命优化流程。针对分灾系统优化中生命周期损伤评估困难的问题,采用基于Copula函数的随机响应分析方法对分灾系统的损伤指标进行随机建模,采用模糊评判准则对损伤极限状态进行建模。以分灾构件的尺寸与排布情况为设计变量,使用NSGA-II算法对典型的分灾框架结构进行了优化设计并对比讨论了优化结果。