压电智能骨料是目前用于混凝土结构健康监测中常用的传感器,可进行动态应力及材料性能的超声监测。压电智能骨料嵌入结构时往往需要通过粘结或绑扎方式固定到钢筋等支撑结构上,支撑结构干扰监测区域应力场且传感器位置稳定性较差,由此影响监测精度。本文提出一种新型的压电智能骨料嵌入方法——预制块嵌入法（Concrete Block Casing,CBC）。通过数值及试验研究发现,与传统嵌入方法相比新型嵌入方法显著降低了对嵌入区域的应力场影响,且传感器位置更稳定,监测随机性更低。论文取得的具体研究成果如下:首先,分析了常用的正应力及剪应力压电智能骨料胶层厚度随机性引起的灵敏度随机性。考虑压电智能骨料胶层可能变化的范围,通过有限元模拟确定压电智能骨料灵敏度的变化范围,并通过加载试验进行验证。研究发现,压电智能骨料灵敏度的变异系数非常小,不超过3%,进行嵌入随机性分析时可忽略传感器自身的随机性。其次,本文提出了压电智能骨料的混凝土预制块嵌入法（Concrete Block Casing,CBC）,并与传统嵌入方法:十字节点绑扎法（Cross Joint Binding,CJB）和对侧粘贴法（Double Side Bonding,DSB）对比,研究了嵌入干扰水平及其随机性。分别在混凝土轴压及深梁试件中验证正应力和剪应力监测中的嵌入影响。通过试验和有限元分析研究发现,CBC对应力场的干扰和嵌入随机性最小;正应力监测时,支撑结构对监测区域的应力场影响可忽略,CBC监测灵敏度均值与理论值接近,其灵敏度是CJB和DSB的1.88和2.85倍,变异系数是两者的23%和31%;剪应力监测时,CBC监测灵敏度变异系数是DSB的55%。最后,对比分析了预制块嵌入法和传统方法波动监测时波动参数随机性。在间距为200mm的6个波动监测路径上,进行140k Hz调制高斯脉冲激励,分析接收信号的波速、中心频率及幅值。研究表明:采用CBC嵌入可显著降低由于嵌入引起的波动监测的随机性,其波速变异系数是CJB和DSB的28%和25%,其中心频率变异系数分别是两者的96%和62.5%,其幅值变异系数分别是两者的92.5%和94%。