模块化钢结构是一种高度集成的结构形式,具有施工高效、质量精良和绿色环保的优点。但现有模块化钢结构节点存在难以应用于中柱节点、不能直接传递上下柱间荷载、无法重复使用和不适用于多种梁、柱截面形式的问题。针对上述问题,本文提出了一种模块化钢结构插入自锁式节点,并采用试验、数值模拟和理论分析相结合的方法,开展了节点抗震性能与设计方法研究,主要研究内容和成果如下:(1)提出了一种新型插入自锁式连接件,并开展了其抗拉与抗剪性能研究。所提出连接件具有不需要额外施工空间、自动补偿加工误差和可解锁的特点;采用抗拉性能试验和数值模拟方法,研究了该连接件的抗拉与抗剪性能,分析了该连接件的破坏模式。结果表明:插入自锁式连接件在拉力作用下未出现初始滑移以及摩擦自锁失效现象;该连接件的破坏模式为插杆破坏、环形齿破坏和套筒破坏,通过采取构造措施可以避免不利的环形齿和套筒破坏模式;基于抗拉性能试验和数值模拟结果,提出了插入自锁式连接件的承载力计算公式和构造措施。(2)基于所提出的插入自锁式连接件,提出了一种适用于模块化钢结构的插入自锁式节点。所提出节点可应用于模块化钢结构角柱、边柱和中柱节点,能直接传递上下柱间轴力、快速解锁重复使用,且适用于多种梁柱截面形式;通过连接与解锁功能性试验,验证了该节点的可行性;设计并制作了11个足尺插入自锁式节点试件,通过单调和往复加载试验,研究了插入自锁式节点的弯矩-层间位移角关系、承载力、破坏模式、刚度、延性和滞回耗能能力,分析了节点类型、梁截面形式、角部抗震措施、插杆、安装孔直径和解锁装置等因素对节点抗震性能的影响。结果表明:插入自锁式节点属于半刚接全强节点,节点区承载力高于梁截面的承载力,节点破坏模式为梁根部截面破坏;节点发生延性破坏,延性系数为2.7～3.1;节点具有较好的耗能能力,最大等效粘滞阻尼系数为0.30～0.45;解锁装置会降低节点初始刚度约15.0%;插杆直径、安装孔尺寸和连接板厚度对承载力和刚度无显著影响。(3)开展了插入自锁式节点抗震性能数值模拟分析。建立了可模拟插入自锁式节点内部构造的精细化有限元模型,分析了节点在地震作用下的受力特点以及插杆直径、节点盒厚度和节点区构造对抗震性能的影响。结果表明:所建精细化有限元模型能够准确模拟节点抗震性能;边柱和中柱节点能够传递上下模块间的弯矩和轴力,但不能传递水平模块间的弯矩;插杆直径对承载力和初始刚度的影响较小;节点盒厚度对承载力和初始刚度有一定影响,当节点盒侧壁厚度增加1倍时,承载力和初始刚度分别增加约2.6%和6.0%;梁柱直接连接的节点区构造导致节点承载力和初始刚度分别降低约11.4%和10.2%;与加劲肋加强措施相比,翼缘削弱措施使节点承载力和初始刚度分别降低约12.5%和5.5%,盖板加强措施使承载力和初始刚度提高约9.2%和9.3%。(4)开展了插入自锁式节点简化力学模型和设计方法研究。根据插入自锁式节点在地震作用下的受力特点,建立了其简化力学模型,推导了节点承载力和初始刚度计算公式,并将简化力学模型计算结果与试验和数值模拟结果进行对比。结果表明:简化力学模型能准确计算节点承载力和初始刚度,其承载力最大误差约为14.9%,初始刚度最大误差约为10.6%;基于简化力学模型,考虑节点刚度的影响,提出了插入自锁式节点设计方法。