海洋平台等结构物在实际生产作业中由于环境恶劣、油气密布,存在一定的火灾安全隐患,有必要对易遭受火灾事故的海洋结构物进行安全性评估。此外,尽管钢材在平台、船舶等结构中得到了广泛使用,钢材在高温下的力学性能的迅速降低是制约其发展的主要因素,针对钢结构的抗火性能研究也因此日益成为研究热点,具有较大的工程意义。本文通过数值模拟方法,在大型海洋结构物的高温热力响应、考虑防火涂料的结构抗火效应、针对典型构件的高温结构强度设计衡准等方面进行了研究,主要研究内容包括:针对大型结构热力响应数值方法问题,指出传统静态算法的不足,采用完全热力耦合显式动态算法,通过与实验结果对比,验证该算法对结构热力问题的适用性。针对某大型平台板架结构进行热力模拟,得到其完整崩溃过程。研究表明构件板厚、边界约束条件等会对实际板架响应造成较大影响,过大的边界约束会引发额外的轴向热应力造成局部屈曲,但可对侧向载荷提供足够支撑。而边界约束不足的构件虽不易引发屈曲,但却容易造成大变位,引发整体失效。针对有防火涂料防护的火灾场景,基于复合材料思想,采用复合层合板壳单元模拟敷设防火涂料的钢结构,通过与实验结果对比,验证了该方法的可行性和计算精度,与采用传统体单元模拟对比,建模快捷且求解效率显著提升。结合显式动态算法,研究了涂料防护下的平台板架结构热力响应特性,研究表明防火涂料对延缓结构温升与变形效果显著,并可降低结构的整体动态效应。针对现行结构设计规范未充分考虑复杂高温场景的现状,采用非线性弧长法,研究典型高腹板工字梁在高温环境下的剪切极限响应。通过实验结果对比,验证了数值模型的精度。针对三类非均匀高温场,提出适用于非均匀高温场的构件剪切极限强度改进计算方法。研究了高温轴向约束的影响,验证了剪力-轴压耦合设计衡准对此类场景的适用性。本文的相关研究工作与结论可为船舶与海洋结构物高温热力响应数值模拟与失效机理研究提供参考,并为相关结构抗火设计提供建议。