在强烈地震中,工程结构之间、主次结构之间、结构与土工构筑物之间往往发生碰撞。碰撞在两个层次上引起结构动力特性的变化,一个是在局部或微观层次上,引起接触点的局部破坏；另一个是触发结构宏观响应的突变,例如动力响应的主要模态成分从较低阶振型突然跃迁到高阶振型,某种程度上也体现了碰撞引起的结构刚度的变化。局部损伤对结构宏观响应的影响很小,因此本文主要的研究对象是碰撞引起的结构宏观响应的变化。为了在试验中再现这种变化,需要克服两个问题,一是实时快速响应的动力加载系统,二是稳定高效的时程积分方法。后者是本文的主要研究内容,即提出一种新型无条件稳定的显式拟动力试验算法,以克服传统算法在结构刚度突然变大时的不稳定问题。论文首先推导了一种以初始刚度为参数的无条件稳定显式拟动力试验算法,并进行了数值和试验验证；其次利用根轨迹方法推导了在刚度发生突变时的稳定极限；然后利用刚度识别算法对其积分参数进行了识别和优化以改善其稳定性,并进行了拟动力试验验证；最后本文试图发展一种利用碰撞改善结构动力响应模式的新方法。本论文所作的主要工作及结论如下：1.在隐式HHT-a方法的基础上通过理论推导以及适当的简化,提出了一种新的拟动力试验算法,并给出了推导过程。其原理是将平衡方程与位移和速度的微分方程联立,求解得到n+1步位移、速度、加速度的表达,并忽略二阶小量△t2fn+1与△t2tn项以得到显式表达的算法。2.通过谱半径分析的方法,分析了新算法在线性系统下的稳定性,得出了线性系统下算法在-0.5<α<0时无条件稳定的结论,并分析了算法的相对周期误差和等效阻尼比等数值特性。发现新算法的相对周期误差大于条件稳定的线加速度法,小于无条件稳定的wilson-θ法。并用拟动力试验对理论推导的结论进行了验证。3.通过根轨迹分析的方法,分析了新算法在非线性系统下的稳定性,提出了临界刚度概念,并分析了临界刚度与结构初设刚度的关系。分析表明,当结构的切线刚度小于等于算法初设刚度时。根轨迹在单位圆内,算法稳定；当算法的切线刚度大于算法初设刚度时,根轨迹超出单位圆,算法不稳定。因此算法的临界刚度与算法的初设刚度相等。4.提出用刚度识别算法对算法的初设刚度进行实时更新,以修正算法在碰撞问题中的稳定性。分析了不同刚度识别算法在数值模拟及试验中的适用性,并通过拟动力碰撞试验验证了刚度更新算法对新算法的优化效果。结果表明基于相关性判断的最小二乘拟合法可以较好地识别试验过程中的结构刚度,并可以优化新算法在碰撞试验中的稳定性。5.利用新算法进行了结构拟动力碰撞试验,提出并验证了碰撞对于结构地震响应的控制效果。发现碰撞可以激发结构的高阶振型,从而使得层间位移分布均匀,避免首层薄弱。但是碰撞会加大结构的加速度响应,从而对非结构构件的抗震性能提出更高的要求。