火灾给人类带来了极大的危害。建立科学的结构抗火设计方法,避免因结构在火灾中破坏或倒塌所造成的人员伤亡和经济损失,具有重要的意义。火灾高温下,结构极易受到损害,材料的力学性能不断劣化,因此在结构抗火能力研究中应考虑损伤累积的影响。损伤力学是研究结构损伤及破坏的有力手段,本文将损伤力学引入混凝土结构的抗火能力计算中,提出了混凝土的高温“剩余强度”热损伤模型,计算了包含热损伤的结构火灾反应。论文的具体内容如下:　　1.针对火灾高温下材料强度降低的特点,建立了混凝土在高温下的热损伤模型—“剩余强度”损伤模型。只要得到材料的剩余强度随温度变化的试验结果,就可以通过该模型建立起材料在高温下的热损伤演变方程。该方法简单可行,便于应用。　　2.对具有新内涵的最小耗能原理在结构抗火计算相关理论中的应用进行了研究:(1)基于最小耗能原理,推导得到了无内热源情况下,适用于边界温度随时间而变的、不稳定过程中的任意瞬时的不稳定热传导方程。(2)根据最小耗能原理提出并证明了一个最小功耗原理,以它为理论基础,给出了考虑损伤的有限元法的计算公式。　　3.对结构或构件进行了考虑损伤下的火灾反应计算和分析:(1)应用可以考虑边界温度变化的杜哈美尔定理推导得到了板、柱温度场的理论解计算表达式,并应用MATLAB编程计算了板的温度场,计算结果与试验吻合较好。(2)根据热力学、弹性力学、损伤力学理论,提出了基于损伤力学的结构抗火分析理论。　　4.对于简单结构,在问题给定的初始条件及边界条件下直接求解根据上述新理论建立的方程组可得到结构在高温下的反应结果。对于较复杂的构件,本文建立了可将上述新理论用于较复杂结构的有限元分析方法,并选用可以考虑高温的ANSYS软件,采用热分析和结构分析直接耦合的热分析法,利用ANSYS软件中的单元生死技术来描述单元破坏,计算了混凝土板和柱构件在火灾高温下的温度场、应力场和单元生死过程,得到了考虑损伤的混凝土板和柱的耐火极限。　　综上,①本文提出了混凝土在高温下的热损伤模型,为应用损伤力学理论研究火灾中结构的抗火能力打下了坚实的基础;②给出了最小功耗原理的有限元法计算公式的推导过程,得到了考虑高温下热损伤的有限元法,并实际用于结构抗火能力的计算。这是本文的两个创新之处。其中高温热损伤模型弥补了损伤力学中考虑高温情况下损伤模型稀少的不足,完善了损伤力学理论;最小功耗原理的有限元法则由于对材料的应力应变关系没有限制,而具有较高的应用价值。　　总之本文提出的基于损伤力学的结构抗火分析理论为结构抗火能力计算提供了新的方法。该方法在计算模拟结构的火灾反应、预测火灾时结构的损伤及破坏过程、确定结构的抗火能力,从而减少和避免因结构在火灾中破坏所造成的人员伤亡及经济损失方面,具有实际意义。虽然损伤力学的理论已从宏观唯象理论发展到细观理论,这些理论的数学形式也已相对完善,但实际应用于火灾的例子还未见到,因此本文的研究也为损伤力学理论开辟了一个可供其发挥作用的新领域。