随机有限元法是复杂结构可靠度分析的主要手段。由于摄动随机有限元法不适合于大变异随机结构的数值分析，而谱随机有限元法由于其固有的扩阶特性，不适合于大型复杂工程结构的分析和计算。因此，本论文研究建立了基于随机场Karhunen-Loeve级数展开的预处理随机有限元法（PSFEM），不仅可以进行大变异随机结构的数值分析，而且具有很高的计算效率。在此基础上，本文研究建立了结构可靠度分析的预处理随机有限元法。　　 首先研究了随机场离散的局部平均法和Karhunen-Loeve级数展开法。并针对特殊类型的随机场协方差函数，给出了特征值与特征函数的解析解表达式；对于普通类型的随机场协方差函数，进一步讨论了特征值问题的Galerkin数值解法。　　 在随机场Karhunen-Loeve级数正交展开理论的基础上，利用刚度矩阵在随机场均值处的逆矩阵作为预处理因子，定义随机Krylov子空间一组新的基向量，将结构位移随机响应过程展开为该组基向量的线形表达式，研究建立了预处理随机变分原理，据此建立了预处理随机有限元法（PSFEM），并导出了结构响应量展开式的待定系数和结构响应量的一、二阶统计量的计算公式。　　 基于预处理随机有限元法所建立的结构响应量表达式，直接求解结构响应量在响应面上各验算点的梯度向量，据此研究建立了结构可靠度计算的非嵌入式迭代算法，与摄动随机有限元可靠度算法相比，本文提出的预处理随机有限元可靠度方法不需要重复求解验算点处结构的刚度矩阵和荷载列阵，从而不仅避免了复杂、耗时的计算过程，而且可以对随机参数大变异情况下的工程结构可靠度进行计算分析。通过与摄动随机有限元法和蒙特卡罗有限元法计算结果进行比较，验证了本文方法的高精度、高效率特点。