大型建筑设施如大厦、桥梁、水坝和核电站等的安全与人们的生活息息相关,因此对其进行实时、在线、长期主动的健康监测显得日益重要。针对传统混凝土结构的监测方法存在的一些缺陷或不足,在前期的研究工作中提出了压电机敏土木工程结构系统,在此基础上本文通过有限元分析和实验相结合的方式对压电机敏混凝土模块的应力及温度响应特性进行了研究。论文首先对组成压电机敏模块的基体材料——混凝土复合材料的各种性能进行了分析,归纳了混凝土的各种特性,为压电元件与混凝土结构的有效耦合,及由此构成的压电机敏模块的相关实验数据的分析和解释提供了必要的理论支持。其次对压电机敏模块的核心元件——压电陶瓷的压电效应和其内部机理进行了分析,讨论了压电陶瓷在不考虑损耗和考虑损耗两种情况下对其外部物理环境变化的内部响应机理;通过分析压电陶瓷在这两种状态下的压电等效电路参数与电弹常数之间的关系,研究了利用埋入压电陶瓷元件来进行结构应力监测的机敏技术原理。针对混凝土材料及混凝土结构的复杂性,建立了机敏混凝土模块的有限元分析模型,利用有限元分析方法对将压电陶瓷元件埋入混凝土模块中时可能出现的各种情况进行了仿真分析,如机敏模块外部载荷加载的不同方式、压电陶瓷元件的不同埋入位置、混凝土模块内部复杂的应力分布、及埋入其中的压电陶瓷元件上的应力值的影响因素等。分析结果展示,埋入混凝土模块中的压电陶瓷元件上的应力值与模块内部的应力分布之间具有一定的线性关系,说明了利用埋入压电陶瓷元件来进行结构应力监测的可行性。通过有限元分析与实验相结合的方式,研究了埋入混凝土模块中的压电陶瓷元件表面覆盖不同厚度的橡胶层对机敏模块性能的影响,并确定了最佳橡胶保护层的厚度。在压电机敏模块的载荷响应特性实验中,测量了压电陶瓷的各等效电路参数的载荷响应特性,并根据各等效电路参数与耗散因子之间的关系,计算了压电陶瓷耗散因子的载荷响应特性。对压电陶瓷片在自由状态时和将其埋入混凝土模块内部后的温度特性的实验中,分别测量了各等效电路参数对温度的响应特性,实验结果表明埋入前与埋入后各等效电路参数对温度有相同趋势的响应。通过比较温度和外载荷这两种因素对埋有压电陶瓷的机敏模块各种性能参数的影响,发现压电陶瓷的各等效电路参数对温度和载荷的响应存在一定的区别,说明温度和载荷对压电陶瓷的作用造成的压电陶瓷内部机理的改变是不同的。