针对多维随机荷载组合方法和极限荷载效应研究的不足,本文从Copula函数的基本性质出发,以典型的土木工程结构为研究对象,在多维随机过程相关性分析、多维随机荷载组合方法以及风浪耦合荷载效应等方面开展了以下研究：1.结合Copula函数的基本性质和概率统计相关理论发展了基于Copula函数的三维随机过程组合方法,使用该方法确定的组合系数对应于给定的超越概率,弥补了现有组合方法和组合规则的不足。在该方法中随机过程的联合概率密度函数(Joint Probability Density Function-JPDF)和相关关系均通过Copula函数表达。由于未对随机过程作任何假定,该方法同时适用于高斯过程和非高斯过程。2.将基于Copula函数的三维随机过程组合方法应用于高层建筑设计风荷载的确定,考虑到三维真实风致响应的极值特征,提出了三维可实现等效静力风荷载(Three Dimension Realizable Equivalent Static Wind Loads-3D R-ESWLs)。3D R-ESWLs是单目标等效静风荷载(Single Equivalent Static Wind Load-S-ESWL)的线性组合,组合系数反映了各风致响应分量的相关性和相对大小,可实现关键响应分量极值的完全等效和其他两个响应分量极值的概率性等效,反映了三维风致响应分量的等概率极值不会同时出现的真实物理机制,弥补了S-ESWL未考虑各风致响应分量之间相关性的缺陷。利用某高层建筑高频天平风洞试验数据展示了3D R-ESWLs的分析过程和结果,同时考察了三维风致背景响应和共振响应的非高斯特性。3.提出了随机风场和随机波浪的同步模拟方法,通过对频率区间和频率区间离散的设置以及能量谱矩阵的修正实现了风浪作用同步模拟。在随机风浪同步模拟中,频率区间根据脉动风速谱的频率分布特性来设置,而频率区间的离散则根据随机波浪谱的频率分布特性来设置。为提高模拟算法的计算效率和稳定性,各离散频率点处的能量谱矩阵需通过相关算法转化为可进行Cholesky分解的正定矩阵。4.以某跨海大桥基础为对象,研究了风浪流耦合作用下水弹性模型和刚性模型的设计准则,通过试验考察了风浪耦合、浪流耦合以及风浪流耦合作用下结构的荷载效应特征。引桥墩高桩基础刚性模型和水弹性模型的试验结果表明,在本试验条件下风浪、浪流以及风浪流之间呈现出弱耦合性；圆形沉井基础刚性模型的试验结果表明,受沉井尺寸的影响,各测点的表面压力不同步,存在一定的相位差。5.针对采用EC (Environmental Contour)法估计极限荷载效应时极限状态曲线难以确定的问题,根据Copula函数的基本性质提出了极限状态曲线的简化算法,避免了直接求解环境变量的条件分布函数及其逆函数,大大提高了EC法的可行性。以某跨海大桥桥塔-基础体系为工程实例,以涠洲岛海洋站的风浪同步观测资料为环境变量统计资料,基于EC法计算了桥塔-基础体系基底剪力的极限荷载效应,发现平均风速和有效波高的相关性对极限荷载效应有重要影响,超越概率为PE的极限荷载效应可以由不同的平均风速和有效波高取值引起。