在现代工程结构设计中,内部因素引起的不确定性时常会影响结构性能甚至导致结构失效,危及人身安全。因此,为确保结构能在结果常规服役期间内正常工作,对结构进行可靠性分析具有极其重要的意义。结构可靠性分析包含两个方面,分别是元件可靠性分析和结构体系可靠性分析。经过研究人员数十年的理论分析和工程实践,针对元件的可靠性分析方法已经较为成熟,如一次二阶矩法、蒙特卡洛法、响应面法等。随着工程结构变得日益复杂,结构对应的功能函数往往具有高度非线性或者以隐式函数形式存在,传统方法在对现有结构进行可靠性分析时很难在计算精度和效率之间取得平衡。所以,寻找一种能对现有结构进行高效、准确、快速地可靠性评估的方法依然具有十分重大的现实意义。元启发式优化算法也被称为群智能算法,不仅能有效地求解全局优化问题,近些年,在结构可靠性领域也被证明是一种有效的工具。增强碰撞刚体优化算法(Enhanced colliding bodies optimization,ECBO),是一种实现简单、收敛速度较快的优化方法,但是在求解优化问题中依旧会存在不稳定的缺陷。混沌具有遍历性、伪随机性和不规则性的特点。为此,本文将ECBO算法与混沌理论结合,利用混沌映射变量代替随机数,提出了一种新的元启发式优化算法,称为混沌增强碰撞刚体优化算法(Chaotic enhanced colliding bodies optimization,CECBO)。该算法利用混沌映射改变粒子的生成模式,大幅提升了粒子的收敛性能。随后,在CECBO的基础上使用罚函数机制求解可靠度约束优化问题,提出了一种稳定高效的结构可靠性分析方法。数值算例结果表明了该方法具有的收敛速度快、精度高的优点。工程结构体系由多个元件按不同方式联结组成,主要分为三种形式:串联系统、并联系统和混联系统。估测结构体系的失效概率是结构系统可靠性分析中的一个重要问题。现有的工程结构体系往往具有多个失效模式并具有复杂的高度非线性功能函数的特点,传统的可靠性分析方法难以准确地估测系统失效概率,甚至无法对其进行有效的评估。CECBO算法在元件可靠性分析中表现出的良好寻优能力使得其在结构体系可靠性分析中表现出了巨大潜能。于是,结合CECBO算法和一次二阶矩法,提出了一种相对高效、准确的并联系统失效概率估测方法,即基于CECBO算法的一次二阶矩法并联系统可靠性分析方法。根据并联系统失效准则建立并联系统可靠性评价模型,利用CECBO算法求解模型寻找结构体系的最大似然点,准确近似并联系统失效域并计算失效概率。针对混联系统,通过CECBO算法的一次二阶矩法并联系统可靠性分析方法将局部并联系统等效为单个元件,给出了单个元件的可靠指标矢量和可靠度指标,结合等效平面法计算结构体系失效概率,实现了将多模式结构体系可靠性分析问题等效于单模式可靠性分析问题,提出了CECBO-等效平面法系统可靠性分析方法。算例的结果表明,该方法在估测结构体系失效概率的精度和效率方面具有良好的应用前景。