上世纪90年代初，筒型基础最早应用到油田开发的需求中，随后广泛应用于港口近海岸工程中。筒型基础作为海上风机基础弥补了传统桩基和重力式基础的不足，但由于基础造价、海上地质条件及水文条件的复杂性，对此基础形式研究还不够成熟。本文针对复合筒型基础承载力及破坏模式，大直径薄壁钢筒屈曲以及结构优化选型等方面进行了深入研究。本文主要研究内容及创新成果如下：(1)本文采用有限元、试验及理论方法，针对竖向、水平及弯矩作用下筒型基础的承载力及失效模式，展开深入研究，提出了竖向承载力位移控制方法和水平(包括弯矩)承载力安全系数控制方法。经试验、数值计算及理论方法比较发现，当竖向位移达到0.06D(筒型基础直径)时，基础达到竖向极限承载力；水平(包括弯矩)作用下通过控制抗傾、抗滑安全系数得到其极限承载力。与以往研究不同的是：筒型基础承载形式为筒顶承载，水平承载力计算方法考虑了筒内土与筒分离，当有竖向力作用时，筒内土与筒顶盖脱空区在25%范围内，单独水平和弯矩作用下，脱空区域超过一半范围。基础在水平(包括弯矩)作用下的破坏模式表明，筒型基础倾覆失稳时的转动中心随基础长径比变化呈现以下变化规律，当长径比L/D≤0.5时，筒型基础破坏旋转中位于泥面以下大概0.5L，L/D>0.5时，旋转中心位于泥面以下大概0.7L，且倾角位移比窄深式基础的角度大，在3°左右变化。通过对土压力分布研究发现，传统的m法及p-y曲线法不适用于宽浅式筒型基础土压力计算，采用朗肯土压力方法更合理。最后针对原型筒型基础进行一系列的研究，发现模型研究中得到的结论同样适用于原型基础，研究结果具有实际应用价值。(2)风机筒型基础属于高径比小于1.0，且径厚比很大的薄壁钢筒，在施工下沉阶段会受到很大的轴向力及负压作用，筒壁设计不合理很容易导致筒壁屈曲。筒型基础所受负压与以往薄壁钢筒不同的是：筒型基础除筒壁受到径向压力外，顶盖受到的负压也对薄壁钢筒屈曲产生很大影响。本文通过数值方法对筒型基础进行屈曲研究，结果表明，屈曲临界应力传统计算方法假设条件与实际有较大差距，造成计算结果偏大，最终得到适用于大直径薄壁钢筒轴压作用下的屈曲计算公式，屈曲临界应力计算系数约为0.061，与《钢制压力容器》(GB150-1998)规范中的系数相近。分舱板对轴压作用下的屈曲承载力影响较大，可提高50%左右，对负压作用下的屈曲承载力分两种情况讨论，第一，不考虑顶盖负压，此时分舱板对薄壁钢筒屈曲承载力影响较小，只提高10%左右，最大负压不到0.2个大气压；第二，考虑顶盖负压，此时分舱板对高径比H/D≤0.3的薄壁钢筒屈曲承载力提高10倍左右，实际施工下沉中可承受2个大气压作用。轴压和负压共同作用下，比较薄壁钢筒屈曲应力有限元结果与以往规范方法计算结果发现，采用EC3规范中大内压作用下屈曲临界应力计算公式更接近于实际情况，存在差异性的主要原因是：规范中未考虑高径比的影响。(3)海上风机基础结构优化设计中的难点为：结构受力体系不明确，原型基础结构内力计算复杂，新型复合筒型基础中预应力和斜支撑的引入，增加了优化变量，提高了优化设计的难度。本文采用拓扑优化方法，得到筒型基础最优传力路径，提出一种带斜支撑的预应力钢混复合筒型基础形式，并利用结构力学方法及等效方法，得到基础的简化计算模型。通过数学优化方法与有限元方法相结合，优化设计了6MW风机基础，并分析了斜支撑布置对波浪的影响。研究得到的重要结论是：保证结构安全的前提下，筒基直径越小，钢筋混凝土受力状态越好，整个结构的刚度越大，从而大大减小了过渡段顶部的倾斜率；此带斜支撑的筒型基础不仅传力条件好，而且斜支撑对波浪力几乎没有影响，大大节省了建造成本。