工程结构在未来服役期间的状态或性能受材料、环境及荷载的影响,具有不确定性和时变性。采用基于概率理论的时变可靠度分析,可以合理地评估结构的性能状态,保证结构在使用过程中的安全可靠。除了安全性,经济性也是工程结构的核心问题。通过对结构进行优化分析和设计,可以实现安全性与经济性的平衡。有关结构时变可靠度分析与优化设计的研究,目前还存在一些问题:1)在时变可靠度分析建模方面,需考虑不同退化机制的共同作用,建立合理可行的可靠度模型,并发展有效的分析计算方法;2)利用随机过程进行时变可靠度建模和分析时,在计算精度和效率上仍存在一些制约;3)将时变可靠度分析与优化设计相结合,且应用于复杂工程结构时,需发展简便高效的建模和求解方法。本文旨在研究合理的时变可靠度建模方法,开发高效的时变可靠度计算方法与优化设计算法,并对腐蚀钢筋混凝土结构进行时变可靠度建模计算与优化设计。本文的主要研究内容及成果如下:（1）同时考虑时间作用引起的渐进退化以及载荷冲击作用造成的冲击退化,建立结构的退化模型。针对模型中随机变量分布不具可加性或分布未知（只有数据集）的问题,提出了一种利用位相型（Phase-type,PH）分布求解退化结构时变可靠度的方法。利用期望最大化算法,将任意分布或数据集近似为PH分布。然后,基于PH分布卷积的封闭性,可以方便地进行时变可靠度计算。算例结果表明,该方法能准确、高效地计算退化结构的时变可靠度。（2）在结构的退化过程中,除了渐进退化和冲击退化之外,还可能遭遇像内压、雪载和风载等具有特征作用时间的持久载荷,相应地会产生附加退化。提出了同时考虑上述三类退化机制共同作用的组合退化模型。其中,用Gamma过程模拟时间作用引起的退化,用Poisson过程描述冲击载荷效果,针对持久荷载作用,分别用平稳二项过程和Poisson方波过程建模。基于该组合退化模型,对结构时变可靠度进行分析求解。（3）提出了计算结构时变可靠度的瞬时响应面（Instantaneous response surface,t-IRS）方法。该方法利用扩展最优线性估计,将随机过程离散并重建为一系列相互独立的标准正态变量线性求和的形式。之后,将时间参数视为给定区间内的均匀分布随机变量,通过拉丁超立方抽样构建一个瞬时响应代理模型,该模型中的变量包括原始随机变量,由随机过程转换得到的随机变量,以及时间变量。通过U学习函数对其进行迭代更新,得到满足精度要求的瞬时响应代理模型。最后,基于该模型和蒙特卡洛模拟方法,求解计算时变可靠度。算例结果表明,t-IRS方法能够准确、高效地求解时变可靠度问题。（4）提出了求解结构时变可靠度优化设计（Time-dependent reliability-based design optimization,TRBDO）问题的PSO-t-IRS方法。首先利用t-IRS建立扩展的瞬时响应代理模型,即,除了瞬时响应代理模型中原有的变量之外,将设计变量也作为代理模型的输入变量。在产生蒙特卡洛样本时,设计变量和时间参数都被视为给定区间内的均匀分布随机变量。基于扩展的瞬时响应代理模型可以方便地计算时变可靠度。以可靠度为约束条件,建立TRBDO模型,采用粒子群优化（Particle swarm optimization,PSO）算法对其进行求解。算例结果验证了PSO-t-IRS方法的有效性。（5）研究了腐蚀钢筋混凝土（Reinforced concrete,RC）梁的时变可靠度计算与优化设计。首先,考虑时变氯离子扩散系数和随机过程的影响,分别建立了基于正常使用极限状态和承载能力极限状态的时变可靠度分析模型,并利用PH方法和t-IRS方法计算时变可靠度。以此为基础,建立了RC梁的TRBDO模型,并利用PSO-t-IRS算法求解,得到了有参考意义的结果。