土木结构在强风和地震等动力荷载作用下容易产生振动,大幅的结构振动危及自身结构安全,并降低其使用舒适性。研究结构振动控制技术对于确保结构在重大自然动力灾害下的安全与服役功能具有重要意义。特别是近年来,大量低阻尼柔性土木结构的兴建,使得结构振动控制技术成为当前土木工程学科的热点研究论题。本文提出了一种新型的被动减振阻尼器-单面碰撞式调谐质量阻尼器(Single-side pounding tuned mass damper,简称SS-PTMD),该阻尼器由碰撞质量块、弹簧以及覆盖有粘弹性材料层的碰撞挡板组成。为评估该新型阻尼器的减振性能,针对钢-粘弹性材料的碰撞力模型、SS-PTMD的动力特征及其参数优化设计理论等方面展开了深入研究。此外,重点分析了SS-PTMD在桥梁涡激振动、结构地震响应以及拉索振动等方面的控制效果。本文的主要研究工作包括:(1)对结构振动控制技术特别是碰撞耗能减振技术的国内外研究进行了全面综述。针对现有碰撞式调谐质量阻尼器的不足,提出了一种新型的减振装置即单面碰撞式调谐质量阻尼器(SS-PTMD)。(2)开展了钢-粘弹性材料层的自由碰撞试验,研究了粘弹性材料层的碰撞耗能特性以及非线性碰撞力行为。通过碰撞试验观察到了粘弹性材料层碰撞过程中的弹性后效行为,并提出使用表面残余变形率对其进行描述。建立了一种适用于描述钢-粘弹性阻尼材料层低速碰撞的非线性力模型,该模型能准确描述和解释粘弹性材料碰撞过程中出现的弹性后效现象,且相比于以往模型具有更好的耗能稳定性以及模拟精度。(3)推导了SS-PTMD的自振频率以及等效阻尼比的理论公式,建立了等效阻尼比与碰撞弹性恢复系数之间的关系。比较了碰撞力模型模拟方法与传统速度交换模拟方法,分析了挡板间隔对于碰撞式调谐质量阻尼器动力特性的影响,并利用数值模拟方法研究了SS-PTMD的非线性振动行为。相比于双面碰撞式调谐质量阻尼器,SS-PTMD具有更为稳定的动力特性。(4)建立了结构-SS-PTMD的耦合运动方程,通过数值模拟与试验研究了SS-PTMD对于结构自由振动和强迫振动的控制效果,并分析了SS-PTMD频率比和粘弹性材料层弹性恢复系数对于减振效果的影响。基于H_∞优化理论,以最小化结构频响最大值为优化目标,研究了SS-PTMD的最优参数设计方法,提出了SS-PTMD最优频率比以及最优弹性恢复系数的设计公式。系统比较了SS-PTMD与经典TMD在控制机理与性能上的差异,分析了频率失调对SS-PTMD的影响。基于SS-PTMD的独特控制机理,还提出了一种过阻尼SS-PTMD设计方法。研究表明,与传统粘滞阻尼TMD的控制机理不同的是,SS-PTMD的能量传递与能量消耗过程是相互独立的。此外,SS-PTMD具有比传统粘滞阻尼TMD更好的减振效率以及控制鲁棒性。当SS-PTMD面临较大频率失调的可能性时,采用过阻尼SS-PTMD能有效提高其控制鲁棒性。(5)基于经典的尾流振子涡激振动模型,建立了用以描述涡激振动下结构响应的结构-尾流振子-SS-PTMD三自由度耦合运动方程,并分析了尾流振子模型近似解的成立条件。简述了通过风洞节段模型试验识别尾流振子模型参数的方法。采用数值分析与风洞试验方法,研究了SS-PTMD对于大跨度桥梁主梁涡激振动的控制效果。此外,还通过数值方法研究了SS-PTMD质量比、尾流振子模型参数以及频率失调对于结构涡激振动控制效果的影响。研究发现,尽管涡激振动是一类自激振动和简谐强迫振动相结合的非线性振动,当SS-PTMD采用针对简谐强迫振动的最优参数时也能对涡激振动有良好抑制效果。此外,通过风洞试验表明,SS-PTMD对多个涡激振动锁定区间均有控制效果。(6)提出了一种摆式SS-PTMD用于结构的地震响应控制,建立了被控结构-摆式SS-PTMD在地震作用下的耦合运动方程,并讨论了摆式SS-PTMD的动力特性。基于结构在摆式SS-PTMD控制下的自由衰减响应均方根最小化准则,研究了摆式SS-PTMD的最优参数设计,并给出了简化设计公式。通过振动台试验以及数值模拟方法研究了摆式SS-PTMD对于结构地震响应的控制效果。此外,还讨论了摆式SS-PTMD对于结构加速度响应的控制效果以及地震过程中摆式SS-PTMD的能量消耗。最后,以一栋10层框架结构为例研究了摆式SS-PTMD对于多自由度结构的控制效果。研究表明,SS-PTMD能有效减小结构的地震位移与加速度响应,且加装SS-PTMD后结构的耗能能力有了显著提升。(7)以洞庭湖大桥为工程背景,介绍了该桥拉索风雨振实测数据及其磁流变阻尼器减振系统,研究了磁流变阻尼器在长期使用后的力学性能,并分析了磁流变阻尼器在10年服役期过后性能劣化的主要原因。提出使用SS-PTMD用于拉索振动控制,建立了拉索与SS-PTMD耦合运动方程,并利用数值方法研究了SS-PTMD单模态与多模态振动控制效果。设计并利用SS-PTMD装置开展了洞庭湖大桥A10拉索减振现场试验,评估了SS-PTMD对于拉索前3阶模态的减振效果。数值分析与现场试验发现,SS-PTMD能有效提升拉索目标模态的阻尼比,且对周围其他模态的阻尼比也能略有提高。合理选择SS-PTMD的安装位置能有效提高其减振性能。