土木工程结构的振动问题严重危害着建筑物的安全,仅通过传统的结构参数设计来优化建筑物抗震性能已逐渐显示出局限性,于是大量的国内外学者开始聚焦于振动控制相关研究。在振动控制的分类中,不需外界能量输入的被动控制可通过设置减振或者隔振装置来实现振动能量的消耗或转移,并且因为构造简单、易于维护的优势而被广泛应用。近些年来在被动控制领域中出现一种新型的耗能减振装置——惯容器。依靠两端点受力而储存惯性的特殊性能,惯容器突破了材料本身的质量限制,为安装结构提供了一个虚拟的“惯质”,通过转移并消耗部分振动能量来实现为结构减振的控制效果。经过近几年各界学者的潜心研究和试验分析,目前提出的惯容器类型众多,但着眼于各类惯容器的机械构造和运行状态,也存在一些缺陷,惯质的可控范围一般比较有限,并受到材料和尺寸的束缚。从惯容器的应用方向来看,相关的研究和应用也大多集中于机械和交通领域,用于土木结构的减振控制还处于初步阶段,因此有必要更加重视惯容器的装置设计和性能研究。本文开展的新型惯容器装置设计,主要基于齿轮和齿条传动机构,依据理想化的离合惯容器（CID）概念,旨在结合机械设计中的高效机能和机电控制的灵活构造,开发出性能优良的高效惯容器装置。本文完成的研究工作主要包括以下几个方面:（1）设计了离合惯容器（CID）和加入减速机的离合惯容器（RCID）的半封闭惯容器装置,通过对装置有效阶段中转角关系和附加转动阻尼的考虑,详细推导了两新型惯容器装置的运动方程。在一系列谐波和两类地震波的输入下,开展了CID和RCID装置的振动台试验研究,分析了两惯容器装置关于激励振幅、激励频率和实际惯质的动力性能,并比较了两装置减振效果的差异。针对不同装置的受力、能量变化和滞回性能给出了相关机理分析,基于飞轮转速和附加转动阻尼的数据分析总结了相关变化规律。经动力试验结果的对比,说明通过增大飞轮和安装减速机可有效提高惯容器的惯质。减速比为n:1时,低频正弦激励下RCID的惯质可增至CID的n~2倍,正弦激励下飞轮的转速和附加转动阻尼增至n倍。最后,通过数值仿真建模与试验进行对比,验证了惯容器装置的理论模型和相关结论。（2）基于机械惯容器的基本构造,设计了耗能型机电惯容器（ECID）和储能型机电惯容器（EH＿ECID）。借助d SPACE实时控制电子脉冲开关,耗能型机电惯容器又被区分为全程电阻尼机电惯容器和部分电阻尼机电惯容器。通过对电阻尼、电惯量的理论推导,依次建立了几种机电惯容器的运动模型。采用和机械惯容器试验同等的加载条件和参数设置,开展机电惯容器装置的振动台试验。分析了全程电阻尼惯容器和部分电阻尼惯容器关于装置受力、飞轮转速和转动阻尼区别。此外,对于飞轮转速与电机输出电压的关系,电机和飞轮叠加的转动阻尼变化依次展开了研究,基于机械和机电惯容器的减振表现,突出显示了机电惯容器的优势和新特性。通过电阻尼和电惯量的施加,可以有效提高惯质和飞轮减速效率。后续开展的数值仿真对比,也验证了模型和结论的可靠性。（3）依据齿轮失效形式,提出了新型惯容器装置中齿轮和齿条的材料参数建议和强度设计方法,并以第二章的试验装置为算例,对采用的齿轮和齿条强度进行了校核计算。为了验证校核截面的准确性,同时详细了解齿轮和条齿咬合传动过程的破坏模式,开展了ABAQUS有限元数值模拟分析。根据模拟分析结果,将齿轮和齿条在啮合传动中的弯曲应力、接触应力、对数应变最大值汇总,确定了轮齿破坏的单元、结点及表面位置。验证了强度验算中的破坏截面和失效模式,通过综合分析给出了新型惯容器的齿轮和齿条设计建议。（4）采用地震强度分析的能量法,对地震荷载作用下惯性质量阻尼器（IMD）和三种离合惯容器（理想、全程阻尼、部分阻尼）的单自由度结构进行能量组成仿真计算,定义了一系列能量指标,得出了结构中各部分能量的分布规律和相互关系。通过多组参数的数值仿真分析,探究了附加转动阻尼和惯质比对结构位移的影响,并比较了安装几种惯容器结构的位移缩减效果,表明离合惯容器良好的减振能力。以总输入能和无效阻尼能为减振控制的衡量指标,优化了附加转动阻尼和惯质比这两个关键调控参数,最优取值应为相关能量曲线上的变化率零点,特别情况下取最值和临界值。通过结构位移的表现也验证了优化结果。最后,采用理想CID的等效线性方法,推导了谐波激励下的稳态位移、总输入能量及最优惯质比指标的解析解,并通过数值仿真验证其有效性。（5）基于本文提出的新型惯容器装置,建立了采用新型惯容器的单自由度结构运动方程。在一系列谐波和两类地震波输入下,以无控结构和安装理想CID的单自由度体系为对照模型,开展了单自由度结构的动力试验,并对无控结构进行基本参数辨识。基于试验结果对比了几种惯容器结构的减振效果,并从惯容器机理上作相关分析。补充了新型惯容器的双自由度结构算例,并且详细考虑摩擦力和齿轮背隙的影响,分析了CID以及RCID的多重非线性模型。后续的数值仿真结果与试验数据吻合较好,说明了带减速机的离合惯容器和机电惯容器具有较优越的减振性能。