作为减振耗能装置,调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)已广泛被应用到结构的振动控制领域,减小结构在地震和风荷载作用下的变形或位移。在实际应用的过程中,由于调谐质量阻尼器位移过大或者限位装置的应用等因素造成调谐质量阻尼器的刚度和阻尼产生非线性行为。因此,研究调谐质量阻尼器的非线性行为对其控制效果的影响以及在调谐质量阻尼器设计的过程中如何消除潜在非线性行为的不利影响具有重要的工程意义。针对以上问题,本文进行了以下4个方面的研究任务:(1)以单自由度结构和Duffing形式的非线性TMD组成的两个自由度系统为分析模型,分析了调谐质量阻尼器的非线性行为对其控制效果的影响及非线性调谐质量阻尼器的控制特性。理论分析结果表明,TMD的非线性行为能够恶化其控制效果,此外,非线性调谐质量阻尼器的最优频率比对应非线性调谐质量阻尼器的最大位移响应。(2)提出了一种新的非线性TMD分析方法,该方法将非线性调谐质量阻尼器的分析从整个系统解耦出来,仅仅分析一个独立的运动方程,降低了分析的复杂性。理论分析结果表明,新的分析方法与基于整体的分析方法具有一致的结果。根据新的分析方法得到了跳跃频率的解析解,对比数值解可以发现,跳跃频率的解析解具有足够的精度。(3)在调谐质量阻尼器设计的过程中,考虑到其非线性行为的不利影响,建议了非线性调谐质量阻尼器的改进设计方法。该方法以调谐质量阻尼器的最大位移响应为性能指标,基于跳跃频率对非线性TMD进行设计。本文给出了最优频率比计算的解析公式,依据该公式对非线性调谐质量阻尼器进行优化设计。理论分析结果表明,该优化设计方法能够消除调谐质量阻尼器非线性行为的不利影响,结构的共振幅值被显著降低。(4)实验分析了非线性TMD的动力响应特性和非线性TMD的控制性能,测得了非线性TMD的频响曲线和非线性TMD的控制效果曲线。实验结果表明,非线性TMD的频响曲线存在跳跃现象和多幅值域,跳跃现象发生在频率1.77Hz处,多幅值域范围在1.77Hz至1.91Hz之间,在多幅值域,初始条件决定了TMD实际的响应。此外,当将TMD的非线性行为考虑到设计中时,按照线性设计方法确定的频率比是不合理的。当频率比小于按照线性设计方法确定的频率比时,非线性TMD的控制效果更好。