结构可靠性分析和可靠性优化设计是现代结构工程分析设计中的重要研究领域。其能够有效考虑结构系统中普遍存在的不确定性,并在结构设计和优化中量化不确定性的影响,因而得到了广泛的应用。本文围绕结构系统可靠性分析和可靠性优化设计中存在的若干问题进行研究,探索和发展相应的理论和方法,具有重要的理论价值和工程应用意义。主要研究内容如下:（1）针对结构可靠性分析的随机模拟方法,提出三个样本贡献指标来量化随机模拟方法中的样本在可靠性分析中的作用。即在基于随机模拟的方法中,样本对失效概率估计及其统计特性的贡献（即灵敏度）。基于提出的指标,对四种广泛使用的可靠性分析的随机模拟方法进行了分析研究,分别是蒙特卡洛法、重要抽样法、子集模拟法和线抽样方法。最后给出算例,验证四种广泛使用的随机模拟方法中样本的贡献指标,分析出了样本在不同方法中的贡献的大小和作用。（2）针对随机激励下随机结构参数线性动态系统的可靠性优化问题,提出了一种高效的基于加权两步重要抽样的解耦可靠性优化方法。由于动态系统的高维性,其可靠性优化问题具有一定的挑战性。所提的优化方法结合解耦法与序列近似法,通过加权两步重要抽样方法将概率约束中的失效概率函数项近似为显式函数的方式,进而可以将随机结构参数下线性动力系统的可靠性优化问题解耦为确定性优化问题。为保证优化的全局收敛,结合了序列近似求解策略。最后通过算例来论证所提方法的可行性和高效性。（3）针对结构可靠性优化问题,提出一种基于梯度增强型Kriging的高效结构可靠性优化解耦方法。该方法的独特之处在于通过使用梯度增强型Kriging方法来建立约束中失效概率函数的代理模型,并利用优化过程的优化备选点来逐步更新该代理模型。失效概率函数的代理模型由重要抽样方法计算所得的失效概率和相应的灵敏度信息来建立。构建得到全局失效概率函数的代理模型后,即将原可靠性优化问题解耦为确定性优化问题。最后给出算例,验证所提优化方法的可行性和高效性。