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结构控制技术是一种能够有效减少结构损伤的应用技术,包括主动控制技术、被动控制技术、半主动控制技术和混合控制技术。被动控制技术由于其具有概念简单与价格经济等优点,已成为了土木工程中最常见的一种减振技术。调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)是目前发展最为成熟的被动控制技术之一,其主要应用于抗风与抗震。当结构发生振动时,TMD能够以与主体结构相接近的频率产生共振,通过小质量快速振动消耗能量。但TMD有效作用频带较窄,当主体结构发生损伤或控制装置设计产生偏差时,TMD会产生失谐现象,导致减振效果发生退化。非线性能量阱(nonlinear energy sink,NES)是一种宽频的减振技术,可有效解决TMD频带较窄的问题。传统的轨道非线性能量阱(轨道NES)通过小质量沿轨道运动实现对结构振动的控制,其通过设计轨道形状函数产生本质非线性的恢复力,传统轨道NES形状函数采用4阶单项式,非线性较强。本文在传统轨道NES的基础上提出了新型轨道NES——双参数轨道非线性能量阱(double-terms track nonlinear energy sink,DT轨道NES)、碰振型轨道非线性能量阱(vibro-impact track nonlinear energy sink,VI轨道NES)和负刚度轨道非线性能量阱(negative stiffness track nonlinear energy sink,NS轨道NES)。其中VI轨道NES又可分为单边水平碰振轨道非线性能量阱(single-sided vibro-impact track nonlinear energy sink,SSVI轨道NES)、单边竖向碰振轨道非线性能量阱(single-sided vertical vibro-impact track nonlinear energy sink,SSVVI轨道NES)、双边水平碰振轨道非线性能量阱(double-sided vibro-impact track nonlinear energy sink,DSVI轨道NES)和双边竖向碰振轨道非线性能量阱(double-sided vertical vibro-impact track nonlinear energy sink,DSVVI轨道NES)。NS轨道NES又可分为不发生碰振的NS轨道NES、远端竖向碰振NS轨道NES(DEVVI-NS轨道NES)和近端竖向碰振NS轨道NES(NEVVI-NS轨道NES)。本文首先推导了各类减振技术的运动方程,并在此理论基础之上通过建立数值模型进行优化与模拟,最后通过试验对减振效果进行验证,得到以下结论:1.DT轨道NES可以在一定程度上解决线性控制方法频率鲁棒性较差和完全非线性的控制方法能量鲁棒性较差的问题。建立了n自由度主体结构顶层附加DT轨道NES的系统运动方程,并对三层钢框架模型分别使用不同阶组合多项式DT轨道NES的减振性能进行了分析,其中使用2阶和6阶组合多项式的DT轨道NES减振性能最优。同时,对比分析了DT轨道NES与调谐质量阻尼器和传统轨道NES在脉冲型荷载和地震作用下的控制性能。结果表明,DT轨道NES具有优越的减震性能,并同时展现出较高的频率鲁棒性和能量鲁棒性。2.VI轨道NES是以传统轨道NES为基础,通过增加碰撞面加强装置减振性能,考虑了多种碰振方向及碰撞面数量的不同组合。对碰振类轨道NES进行对比,最终选择了减振性能及鲁棒性能相对较好的4阶SSVI轨道NES作为研究对象。SSVI轨道NES通过碰撞产生非连续的非线性回复力,使更多能量分布于高频振动中,从而达到快速消耗能量的目的。首先,对附加于一三层钢框架结构的SSVI轨道NES系统进行理论推导和参数优化。其次,对SSVI轨道NES进行数值模拟,并将其在脉冲型荷载作用下与TMD,轨道NES和无控系统进行对比。最后考察并分析SSVI轨道NES在地震作用下的减震效果。结果表明,SSVI轨道NES系统的频率鲁棒性优于TMD系统,能量鲁棒性优于轨道NES系统,展现出良好的减震性能。3.对传统轨道NES以及SSVI轨道NES应用于弯曲型高层结构的减振性能进行了研究。对轨道NES的恢复力和控制系统的运动方程进行了理论分析。对附加于32自由度主体结构的两类轨道NES进行了参数优化,优化后的轨道NES减振性能良好,且对装置刚度的变化具有较高的鲁棒性。通过对比装置刚度和阻尼同时发生变化时的减振性能发现,轨道NES对装置阻尼变化较敏感,而SSVI轨道NES减振性能受装置阻尼影响较小。结果表明SSVI轨道NES能够有效降低结构响应,并对装置刚度和阻尼变化具有良好的鲁棒性。4.NS轨道NES是一类具有正刚度及负刚度两种恢复力特点的减振装置。在较小和中等荷载作用下,NS轨道NES装置位移较小,因此易于实现。对NS轨道NES进行理论分析和数值优化,以负平衡点为NS轨道NES初始位置。其次,又在NS轨道NES基础上提出了DEVVI-NS轨道NES与NEVVI-NS轨道NES。同时,对NEVVI-NS轨道NES、NS轨道NES、传统轨道NES、TMD与无控系统分别在脉冲型荷载与地震作用下的控制性能进行了对比。结果表明NEVVI-NS轨道NES与NS轨道NES通过负刚度效应能够有效降低结构响应,特别是NEVVI-NS轨道NES兼并了负刚度与碰振两种特性,具有较高的能量鲁棒性与频率鲁棒性。5.对NS轨道NES、DEVVI-NS轨道NES及NEVVI-NS轨道NES进行了试验研究。首先,对三类NS轨道NES进行了试验方案设计。其次,对其进行了装置设计与模型制作。最后,进行了各控制系统的动力试验和试验结果分析。试验结构表明三类NS轨道NES在6根柱子以及4根柱子作用下具有良好的减振性能以及较强的频率鲁棒性,同时DEVVI-NS轨道NES与NEVVI-NS轨道NES不会引起结构较大的水平加速度,具有改善结构舒适性的潜能。