实际工程结构中普遍存在各种不确定性因素,如材料属性、几何尺寸、制造工艺和环境载荷等,直接影响工程结构的力学行为和服役性能。随着对大型复杂工程结构的建设需求不断提升,结构的可靠性要求也随之提高。考虑多种不确定性因素影响,深入研究不确定性量化和传播,对结构可靠性评估和可靠度优化设计具有重要的学术理论意义和工程应用价值。结构可靠度优化设计需要多次进行可靠度分析,其计算效率极大地制约结构可靠度优化设计的实现。因此,亟待研究发展可靠性评估和可靠度优化设计的高效算法。在结构可靠度与优化设计理论发展过程中,研究者也面临一些亟待解决的重要问题。对于强非线性功能函数,结构可靠度分析的一次可靠度方法存在迭代计算不收敛现象。对于含强非线性功能函数的可靠度优化设计问题,单循环算法虽然比双循环算法和解耦算法高效,但是会出现数值不稳定和不收敛现象。实际工程结构的功能函数存在失效域分离、不连续结构响应和多设计点等复杂情形,现有方法难以统一求解具有上述复杂功能函数的结构静/动力可靠度计算问题。此外,对于含复杂功能函数（如多设计点）的结构静/动力可靠度优化设计问题,也缺乏高效、统一的计算框架。因此,本文围绕上述关键问题开展深入研究,发展静/动力结构可靠性评估和可靠度优化设计的高效方法,以服务于实际工程。主要研究内容如下:（1）基于离散系统混沌控制思想,提出了加速稳定转换法,实现了非线性映射函数不稳定不动点的稳定收敛,并将其拓展应用于结构可靠度分析。在非线性映射函数每一步迭代过程中,加速稳定转换法通过使用两次稳定转换法控制振荡方向上的步长,同时放松垂直于振荡方向上的步长,从而显著提高混沌控制的计算效率。研究表明,与稳定转换法相比,加速稳定转换法能够更加准确高效地稳定嵌入在混沌吸引子中不稳定的不动点。结构可靠度分析的一次可靠度方法构成一个典型的非线性迭代映射,加速稳定转换法能够实现一次可靠度迭代算法的收敛控制。（2）提出了混合自适应单循环算法,解决了单循环算法在求解含强非线性功能函数的可靠度优化设计问题时存在数值不稳定和难以收敛的问题。为了减少功能函数和目标函数调用次数,首先建立了一种能够精准识别标准正态空间中迭代点振荡性的判断准则,提出了修正混沌控制法中控制因子的自适应更新策略。然后,根据迭代点的振荡性,提出了自适应修正混沌控制法,可高效搜索设计点。最后,结合自适应修正混沌控制法与单循环算法,提出了混合自适应单循环算法。研究表明,本文建立的混合自适应单循环算法对含强非线性功能函数的可靠度优化设计问题更加稳定、高效。（3）针对具有挑战性的三类复杂功能函数（即失效域分离、不连续结构响应和多设计点）的结构静/动力可靠度分析问题,发展了基于直接概率积分法的准确、高效、统一框架。直接概率积分法基于与结构控制方程解耦的概率密度积分方程,利用概率空间剖分和狄拉克δ函数光滑化技术对该积分方程进行高效求解。通过联立结构的功能函数与概率密度积分方程,获得了含复杂功能函数的结构静/动力响应概率密度函数。研究表明,对于包含失效域分离的功能函数或具有不连续响应（即跳跃失稳行为）的拱结构,直接概率积分法通过求解结构响应的概率密度函数,能够准确高效地获得结构可靠度。当处理含多设计点的功能函数可靠度分析问题时,直接概率积分法能够避免搜索所有设计点的复杂求解过程。通过构造等价极值映射,直接概率积分法能够准确、快速地获得含有两个设计点的带调谐质量阻尼器的框架建筑结构动力可靠度。（4）将概率测度变换思想引入直接概率积分法,建立了含多设计点的结构静/动力可靠度优化设计问题的高效方法。在可靠度分析中,将概率密度积分方程在失效域积分,狄拉克δ函数可解析积分为Heaviside函数,从而省去直接概率积分法中狄拉克δ函数光滑化的步骤。借助直接概率积分法和概率测度变换,可实现概率约束对随机设计变量的灵敏度高效分析。研究表明,本文所提方法避免了在每一次迭代过程中搜索所有设计点的复杂过程,可高效地求解含多设计点的结构静/动力可靠度优化设计问题。在随机地震激励作用下,该方法对含有两个设计点的带调谐质量阻尼器的框架建筑结构进行动力可靠度优化设计,能获得满意的优化设计结果,且框架建筑结构层间刚度均值随着失效概率阈值的降低而增加。