随着陆地资源的日益短缺,海洋资源的开发与利用得到世界各国的广泛关注。目前,风能与油气资源是开发利用的主要海洋资源,海洋结构是开发利用海洋资源的基础,随机波浪荷载计算、结构动力特性及动力响应分析是海洋结构设计的重要部分。一方面,海上风电开发最简单、最常用的基础结构是单桩结构,但现有的商业软件虽能够计算作用于基础结构上总的随机波浪力,但很难得到各个位置处的波浪荷载时程。另一方面,随着资源开发不断向深海发展,海洋结构变得越来越复杂,如何快速求解结构的振动特性以及动力响应,在保证计算精度的前提下提高计算效率,一直是学者们研究的热点。本文以随机波浪理论为基础,依据海上风电结构设计规范DNV-OS-J101与IEC 61400-3,编写了求解单桩结构任意位置处单位长度上随机波浪荷载计算程序,包括荷载谱离散及借助传递函数两种方式。同时,考虑了自由面修正以及海流对随机波浪荷载的影响,使程序能够计算自由面以上部位的波浪力时程。程序计算结果与与商业软件计算结果在时域、频域上进行了对比,其结果表明所编制程序在正常工况(NSS)、危险工况(SSS)具有很好的吻合,在极端工况(ESS)时有一定的偏差,其原因在于商业软件选用的流模型未知,而本程序选用1/7流模型。该程序也通过开展随机波浪单桩结构物理模型试验进行了验证。以保证海上复杂结构动力响应分析精度并提高其计算效率为目的,本文首先编写了结构振动特性与动力响应计算程序,并以一座导管架基础海上风电结构为研究对象,通过与商业软件ANSYS计算结果的对比分析,验证程序的正确性。其次,研究了运用模态综合法、静力缩聚及动力缩聚方法,编制了计算程序,开展了导管架基础海上风电结构动力缩聚研究,详细研究了缩聚结构固有频率及其在不同条件下结构位移响应与原结构的差别,并对比分析了静力与动力自由度凝聚方法凝聚结构的固有频率与位移响应的差别。考虑到缩聚结构的特性与诸多因素有关,本文针对缩聚结构的主自由,详细研究了缩聚结构固有频率及位移响应与主自由度数、主自由度选取的关系。所开发的随机波浪荷载计算程序能够计算单桩结构任意位置处的波浪荷载时程,所探讨的复杂结构自由度缩减技术能够在确保计算精度的前提下大大提高计算效率,从而为海洋风能开发从岸滩到更深海提供技术支撑。