钢筋混凝土梁托柱转换结构具有传力直接、受力性能好、构造简单等优点,应用十分广泛,但关于该类结构的抗火性能研究成果甚少。开展对钢筋混凝土梁托柱转换结构的抗火研究对于该类转换结构新建工程的抗火设计、火灾安全性评价和既有结构的火灾后评估具有重要的指导意义。本文运用试验研究与有限元分析相结合的方法,对该类结构的抗火性能进行了系统深入的研究,主要内容包括以下几个方面:(1)根据钢筋混凝土梁托柱转换结构的特点,设计了两种足尺梁托柱节点单元试件,对其进行热力耦合作用下的耐火性能试验。研究了梁托柱节点单元试件在ISO834标准升温及竖向恒载耦合作用下的温度场分布规律、挠度变形特征、耐火极限及破坏模式。研究发现,梁柱节点核心区截面的实测温度较其他截面温度偏低。达到耐火极限时,梁截面破坏形态为弯曲破坏,裂缝集中出现在梁柱相交的最大弯矩截面外约400mm-500mm的距离附近。达到耐火极限的节点单元试件,转换托梁开裂截面处纵向钢筋在高温作用下存在断裂的危险。(2)针对两种足尺梁托柱节点单元试件,进行了火灾后剩余承载性能试验。观察和分析了经历火灾高温作用后的节点单元试件在竖向荷载作用下的开裂与变形特征、承载能力变化、节点单元破坏模式,以及经历不同升温时间和不同节点单元类型试件的承载性能劣化规律。研究发现,受火作用后梁托柱节点单元试件的托梁刚度明显降低,且升温段时间越长,托梁受火面越多,刚度下降越明显。破坏时,A型节点单元试件的托梁挠度最大值出现在转换托梁跨中位置,B型节点单元试件的托梁挠度最大值出现在受托柱受压一侧距离转换托梁跨中300mm附近。达到极限承载力时,常温试件裂缝延伸长度长且数量多,分布相对均匀,受火作用后试件的可见裂缝相对较为集中,在距离跨中300~400mm附近裂缝最为密集。(3)在梁托柱节点单元耐火性能试验研究的基础上,利用ABAQUS有限元软件建立的模型进行扩展分析,从升温曲线、转换托梁受火面、荷载比、保护层厚度、附加钢筋等不同参数变化方面考虑,分别分析了火灾下钢筋混凝土梁托柱节点单元的热力耦合耐火极限。分析结果显示,升温曲线及最高温度对节点单元的耐火极限影响较大;荷载比增加,节点单元的耐火极限减小;增大节点单元托梁纵向受拉钢筋保护层厚度,耐火极限随之增加;转换托梁中受托柱处附加吊筋的设置可有效提高节点单元的耐火极限,并起到避免发生突然破坏的作用;节点单元托梁受火面的增加会降低其耐火极限;在相同荷载比及相同受火工况作用下,两种钢筋混凝土梁托柱节点单元的耐火极限和破坏特点不同。(4)在梁托柱节点单元火灾后承载性能试验研究的基础上,采用有限元分析方法,考虑升降温曲线、升温时间、转换托梁受火面等参数变化,分别分析了梁托柱节点单元试件火灾后的承载性能。分析结果显示,按照标准升温曲线的升温趋势,升温段时间越长、温度越高、托梁受火面越多,则梁托柱节点单元火灾后的剩余承载力越小,且托梁刚度下降越大。升降温曲线的最高温度相同,变化趋势不同,对梁托柱节点单元试件的剩余承载力影响并不明显,但对其刚度影响较大。高温持续时间越短,托梁刚度下降越小;降温速度越慢,托梁刚度下降越大。(5)利用ABAQUS软件建立的有限元模型进行梁托柱转换结构的整体耐火性能分析。研究了在不同房间受火工况下,钢筋混凝土梁托柱转换结构的特征点位移变化特点和整体变形模式等。分析研究结果表明,随着升温时间的增加,转换托梁及其他楼层梁的挠度逐渐增大,框架柱的弯曲变形也逐渐增大,方向指向整体结构外侧,且变形最大值出现在受火楼层梁柱节点附近。在非对称房间受火工况作用下,整个结构存在向受火房间一侧倾斜的趋势。由于转换结构中构件间存在相互作用,无论受火工况如何,转换结构都会发生整体变形,只是变形模式各有不同。(6)在对梁托柱转换结构进行高温变形研究的基础上,进一步分析了整体结构的内力重分布规律、塑性铰发展等结构损伤机理。研究发现,高温下转换结构的内力重分布始于直接受火构件的受热膨胀,并由高温区向常温区传递。结构构件的内力变化主要表现为:梁截面产生明显的压力或拉力;高温区梁、柱构件弯矩变化明显且可能发生方向改变,与高温区相邻的构件内力一般也会发生较大变化;未受到火灾高温直接影响的梁、柱构件,内力也会产生不同程度的改变;构件截面内力变化到一定程度后会产生塑性铰。(7)最后,通过对钢筋混凝土梁托柱转换结构的试验及理论分析,提出了该类结构抗火设计建议。