本文系统阐述了广义梁理论(GBT),并在其基础上提出了一种新的薄壁梁单元，其优势在于可以考虑截面的局部变形，如：翘曲、畸变、屈曲和截面的横向伸缩变形。基于该单元，建立了有限元分析（GBT-BFE）模型并编制了计算机程序，模型考虑了材料非线性和几何非线性效应。随之，文中模型被用于薄壁构件的静力弹塑性分析、约束钢构件的火灾行为分析以及钢构件的爆炸冲击响应分析。为了说明该模型的正确性和有效性，本文选择了多个算例、ANSYS壳有限元分析以及他人的火灾试验等进行了充分对比和验证。结果表明，在等截面薄壁构件的分析中本文方法可以作为壳有限元方法的替代。在保证精度的同时，该方法具有更高的计算效率。　　本文的GBT-BFE模型基于以下理论前提构建：1）单元截面板中面位移场通过GBT模态的线性叠加构造，且各模态的幅值函数仅依赖单元纵轴坐标。2）引入了Kirchhoff薄板弯曲假设。3）假设单元材料处于平面应力状态，忽略所有沿截面板平面外法向应力分量。4）使用Green-Lagrange应变张量和与之功共轭的第二 Piola-Kirchhoff（PK2）应力张量描述材料点的变形以及应力状态。5）使用J2流动理论描述材料点的塑性加载，涉及相关联的流动法则和等向强化准则。6）平衡方程弱形式由变形体虚功原理导出。　　本文GBT-BFE模型的数值离散和求解策略包括：1）使用了三次非均匀 B样条拟合各模态的幅值函数，使用三次 Hermite插值拟合局部板的中面挠曲位移，使用线性插值拟合截面翘曲位移，同样使用线性插值拟合局部板的横向薄膜伸缩位移。2）在对本构模型的积分中使用了隐式迭代策略，求解单元刚度矩阵时使用了一致切线模量。3）为了避免单元自锁，在截面板面内两个方向使用了缩减的积分策略，且缩减积分实施的对象仅限剪切变形相关项和截面板横向薄膜伸缩相关项，其它项的求解中都使用了完全积分策略。此外，在截面板厚度方向使用了多点Simpson积分法。4）关于离散平衡（动量）方程的求解，钢构件的火灾响应分析中使用了隐式积分方法，而爆炸响应分析中使用了显式积分方法。　　本文的GBT-BFE模型有限元分析程序由三个模块构成：1）前处理（模型建立，截面离散，基于梁单元的轴向离散，参数输入和GBT截面分析，其中 GBT截面分析是该部分的重点）；2）求解；3）后处理（位移结果、应力结果的可视化）。GBT-BFE程序主要通过Fortran90编程实现，在后处理模块中借用了商业数学软件Wolfram Mathematica的部分功能，如绘制三维散点图的函数ListPointPlot3D等。　　本文的GBT-BFE模型有限元分析程序被证明可以用来模拟钢构件在弹塑性静力、火灾高温、爆炸冲击等复杂工况条件下的力学性能。对于钢梁、柱等薄壁构件的抗火和抗爆分析，传统梁有限元不能准确考虑局部变形效应（如截面畸变和屈曲），因此可能给出不安全结果。本文对此展开了参数分析，分别使用GBT-BFE和传统梁有限元（由GBT-BFE退化而成）模拟同一钢梁在相同火灾工况条件下的响应，结果表明GBT-BFE关于钢梁火灾极限温度的预测值在某些情况下会远低于传统梁有限元预测值。显然在火灾条件下，局部响应可能控制构件整体响应。本文GBT-BFE很好的解决了这种局部行为对整体行为影响的问题，且相比传统梁有限元分析并未明显增加计算时间。此外，沿加载路径的GBT模态解还被证明有助于理解钢构件在火灾、爆炸作用下的内在失效机理。　　本文还系统研究了Q235钢在高温-高应变率条件下的力学性能，这对于钢构件在火灾和爆炸等极端环境下的力学响应分析至关重要。基于一种改进的霍普金森压杆（SHPB）试验，研究了温度和应变率对材料力学性能的影响，并提出了一种新的钢材热-粘塑性本构模型。SHPB试验结果表明动态应变时效(DSA)影响结构钢的热-粘塑性行为，在特定温度区间内（该温度区间依赖于加载时的应变率值，随应变率增大，温度区间有向高温区移动趋势）材料的应变强化率有明显改变、应力-应变曲线表现出了温度强化和应变率软化现象。通过与本文以及文献试验结果的对比，验证了文中新提出的本构模型对于Q235及Q345钢高温动态力学行为描述的有效性。随后，该本构模型被嵌入GBT-BFE程序中，实现了对钢构件爆炸冲击行为的数值模拟。