阻尼装置在土木工程结构的振动控制中有极大的需求,无论是消能减振、隔震还是调谐减振,都需要高性能、高可靠度的阻尼装置。电涡流阻尼器是一种基于电磁感应原理的阻尼装置,与常用的粘滞流体阻尼器相比,它性能稳定,耐久性好,在机械工程领域已有应用,但是由于其耗能密度低,在土木工程领域的推广进展缓慢。湖南大学陈政清团队2006～2010年期间的研究,发明了双层板式电涡流阻尼单元,解决了电涡流阻尼在大型调谐质量减振器（TMD）应用的难题。但是,研发直接用于消能减振的电涡流阻尼器,面临进一步大幅提高耗能密度、解决临界速度制约两大难题。本文基于机械原理、电磁原理,结合土木工程结构减振的需求,开发了一种新型的滚珠丝杠式外旋转电涡流轴向阻尼器,等效耗能密度可以提高上千倍,解决了电涡流本身耗能密度低的问题。通过理论分析、试验测试、有限元仿真等方法,深入分析和掌握了电涡流阻尼器的非线性阻尼特性。突破了临界速度制约,解决了满足阻尼器高速状态使用要求的难题。依据非线性设计理论和多项工艺措施,开发了系列永磁电涡流阻尼产品,实现了在土木工程领域的广泛应用。本文的主要内容和研究成果如下:（1）开发了一种大吨位、高耗能密度的滚珠丝杠式外旋转电涡流轴向阻尼器,对它的结构特点和工作原理进行了详细描述,并分析了它的力学特性,主要包括阻尼特性和惯性质量特性。依据磁路定律对其低速下的电涡流阻尼力进行了估算,得到其低速下阻尼系数的估算表达式。考察了其惯性质量对单自由度体系、分布参数体系这两种结构体系的减振效果的影响。（2）从麦克斯韦方程组出发,基于似稳场假设,忽略轴端效应,建立了滚珠丝杠式外旋转电涡流轴向阻尼器的电磁场二维解析模型,进而推导出阻尼力与速度本构关系的解析表达式,得到了非线性电涡流阻尼力的理论公式。并考虑三维效应的影响,对该模型进行了修正。基于该解析表达式,进行了参数分析,研究掌握了各几何尺寸及材料属性对电涡流非线性特性的影响,建立了基于非线性分析的电涡流阻尼器设计理论。相比传统磁路计算方法,该解析方法假设更少,不存在经验系数,计算精度更高。（3）通过试验测试与有限元仿真,验证了非线性电涡流阻尼力的理论公式。分两个阶段进行了电涡流阻尼测试。第一阶段试验是测试电涡流阻尼转子部分,为此专门设计了一套测试台架;第二阶段测试了40T和85T的电涡流轴向阻尼器整机。分别建立了二维和三维的电磁有限元模型,将有限元计算结果与理论计算结果、试验测试结果进行了比较:二维解析模型与有限元模型的误差在3%以内,与试验结果存在一定偏差;三维解析模型与试验结果更为接近,但是临界速度仍然存在30%左右偏差。通过实测温度变化,将温度效应纳入计算,可以得到一致的结果。（4）利用电涡流阻尼的临界速度特点进行抗震优化设计。首先根据大型电涡流阻尼器的特点以及贝塞尔函数的渐近形式,对电涡流阻尼的本构公式进行了简化。对于常用减振体系,进行了单自由度模型的简化,提出了其关键控制反应量。基于随机振动理论的概率期望等效和最大速度等效两种等效方法,给出了等效线性的非线性电涡流阻尼参数选取范围,用性能指标函数的方法对多个关键反应量进行优化,提出了针对非线性电涡流阻尼器抗震优化设计的实用方法。非线性电涡流阻尼具有最大阻尼力自限制特性,根据对8条不同地震波的试算,普遍能够以比线性阻尼器小4%～40%的阻尼力,达到相似或更优的减震效果。（5）提出了一种双折线类库伦阻尼的实现方法,突破临界速度的制约。通过对最大阻尼力相同,但临界速度之比在6.4～10.4之间的两条不同本构曲线进行组合,得到一种具有阻尼力自限制特性且耗能效率更高的本构曲线。在抗震分析中,该本构可采用双折线近似计算,偏差在5%以内,满足工程精度需求。以单自由度结构为例,对双折线类库伦阻尼和线性阻尼及库伦摩擦阻尼的减震效果进行了反应谱对比。结合实际工程,对粘滞流体阻尼和双折线阻尼的减震效果进行了比选和参数优化。在某1480m悬索桥工程实例中,设计并测试了一种具有双折线类库伦阻尼效果的150T组合型电涡流阻尼器。双折线阻尼能够达到与最优粘滞流体阻尼几乎相同的减震效果,但是最大阻尼力小13%,综合造价更低。