云冈石窟规模庞大,为中国四大石窟艺术宝库之一,在中国和世界艺术史上有着重要地位。由于石窟寺类文物属于不可移动文物,复制云冈石窟并运输到海外展览,向世界各国人民宣传和推广云冈石窟文化,是云冈人多年的心愿。云冈石窟第18窟是在云冈石窟众多石窟中兼具规模大、工艺复杂和艺术价值高的一窟,运用装配式钢结构理念复制第18窟,践行习总书记的重要指示,让遗产活起来,对弘扬中华民族传统文化,具有重要意义。针对云冈石窟第18窟等比例尺整体复制及室外展陈的需求,本文提出了相应的装配式钢结构体系与设计方法,匹配进行新型装配连接节点研究。本文主要分为贯通高强螺栓梁柱端板连接节点研究、螺栓连接方钢管梁受弯性能研究和石窟模块化复制的钢框架装配体系设计与实施三个部分,成果总结如下:(1)在云冈石窟第18窟主佛佛首试制过程中,提出了贯通高强螺栓梁柱端板连接节点的方案,为研究该节点的受弯静力性能,对4个节点试件进行了单向静力加载试验研究,分析了节点构造、螺栓扳手类型和节点域柱加强等因素对端板连接承载力、受弯性能、节点刚度和变形特性的影响。试验结果表明:当方钢管梁柱厚度较薄时,通过采用嵌套内芯加强节点域,同时保障内芯与柱嵌套的紧密度和高强螺栓预紧度,能提高节点的初始刚度、抗弯承载力和节点域受压区抵抗变形能力。并采用有限元软件ABAQUS进行贯通高强螺栓梁柱端板连接节点模拟,有限元模拟结果与试验结果基本吻合,为进一步改进该节点设计奠定了基础。(2)按照云冈石窟第18窟复制初始结构设计方案,模块化附属细框架与整体主钢框架考虑采用提前焊接的大截面方钢管通过横向螺栓拼装实现连接。本文针对方钢管与方钢管拼接节点的需求提出了一种方钢管与方钢管之间的新型装配连接方式,连接件不凸出主体截面。为研究该螺栓连接方钢管梁的抗弯性能,对单个试件进行了试验研究,分析了试件在加载过程中荷载与跨中挠度的关系及关键点处荷载与应变的关系。试验结果表明:螺栓连接方钢管跨中挠度与荷载关系基本呈线性,梁截面和连接件截面符合平截面假定。并对螺栓连接方钢管梁进行了有限元模拟分析,与试验结果基本吻合。(3)在云冈石窟第18窟东侍佛复制与云冈石窟第18窟胁侍佛复制的实践基础上,进行了云冈石窟第18窟整体复制项目结构部分的技术流程研究和整体复制方案设计与实施。结合项目实际情况,最终确定石窟模块化复制的钢框架装配体系设计和实施方案,并圆满完成云冈石窟第18窟等比例尺整体复制。结构部分在云冈18窟等比例高保真复制过程中实现了标准化构件、组装可调节和有限元模拟分析三大关键技术创新。