第一章 緒論
1.1 研究背景與動機
橋梁是交通運輸中不可或缺的建築物，人類賴以為生的工具，假 使橋梁在地震中損壞，除了造成生命財產上的損失，爾後在救災和災 後重建上更是相當困難。近十幾年來，全球各地均發生不少地震，且 每隔數年就會發生一次災害性地震 ( 如 1994 美國加州北嶺地震、
1995 日本神戶地震及 1999 台灣 921 集集地震等 ) ，其所帶來的災害 相當大，均造成不少的人員傷亡與結構物損壞甚至是崩塌，不僅經濟 遭受嚴重打擊，更使許多人無家可歸。位於板塊交界帶的台灣，因為 先天的地理環境因素，地質複雜、山高坡陡，在降雨量集中的氣候條 件下，台灣河流短而急且沖刷力強，河床逐年下降導致跨河橋樑普遍 都有基礎裸露的問題，又台灣因為地震頻繁，當地震來臨時橋梁的受 力狀況因為橋柱相對變長的關係，受地震力的力量分布已發生改變，
整體勁度下降致使橋體提早降伏甚至崩塌。為了防止災害的發生，針 對橋梁現況的耐震能力評估與補強刻不容緩。
關於耐震能力的評估，國內外均有發展，1992 年美國聯邦危機 災害管理局 ( Federal Emergency Management Agency，FEMA ) 贊 助由應用技術委員會 ( Applied Technology Council，ATC ) 與其 他機構提出混凝土建物的耐震評估與耐震性能設計，主要是改變過去 對於建築物只考慮強度的因素，加入更多表達結構性能的參數 ( 如:
力、位移、速度、加速度、能量或損傷等 )，改變過去只注重生命安 全的目標，在結構物耐震分析的表現上更為清晰，使研究人員可以藉
2
由不同的參數來了解建築物和地面的相互關係以及預測建築物在災 害發生時的反應，而災害後則可以針對建築物之現況分析其使用性，
是否需要立即修復或是損害嚴重需要拆除重建等。而我國對於耐震評 估之方法，在過去二十多年的研究中已然蓬勃發展，規範中與耐震相 關的檢討修訂和研究調查的計畫，主要是由國家地震工程研究中心執 行，除了參考上述國外的橋梁耐震性能設計之觀點，也融入國內有關 地震危害度和反應譜等研究成果；直至今日，已有針對台灣所訂定的 完整耐震設計規範。
橋梁的耐震分析需要考慮的因素很多，在建造橋樑模型時，要決 定橋梁的幾何形狀、完整的震動單元、材料性質和支承的模擬等，在 施加水平地震力時，要考慮橋梁所在地的工址條件及橋樑模型的週期 等，進行側推分析的時候須設置與受力狀況對應的塑性鉸，這樣分析 後的容量曲線才會正確，接著使用容量震譜法分析結構物的耐震能力 又有一套完整的流程，面對複雜的參數和流程希望利用其他科學方法 來模擬這個問題。
人工智慧(AI)是一種模擬人類思考、分析、決策等行為的電腦系 統，其目的是讓電腦或機器具有人類的運用知識、學習或推理判斷的 能力來解決問題。而人工智慧中的類神經網路更是 AI 領域中重要的 理論模式之一，且廣泛應用於不同領域中。因此，希望利用 AI 中的 類神經網路來建構一套橋梁的耐震能力評估系統，模擬整個耐震性能 分析流程，針對基礎裸露橋梁之狀況作探討。
3
1.2 研究目的
接續上述之動機，本研究之目的在於了解橋梁耐震能力與沖刷深 度的關係，其中包含完整的橋樑耐震分析流程，從開始建立橋樑震動 單元分析模型，到最後的建築物狀況與最大地表加速度之間的關係，
也藉此認識國內外橋樑耐震方面的研究與發展，其中也學習如何依據 耐震規範使用有限元素軟體 SAP2000 作分析，最後深入探討利用類 神經網路模擬整個設計流程的可行性。
本文擬以一簡支型式橋梁模型為基礎，跨徑為三十公尺，原始柱 長為十公尺，以加長柱長的方式模擬沖刷深度，最深考慮到沖刷深度 為九公尺，也就是橋梁上部結構重心距離沖刷位置十九公尺，沖刷將 近一倍之原始柱長，並改變其上部結構之重量、橋柱之直徑和主筋鋼 筋量，之後把這四個參數當作類神經網路之輸入層神經元，利用數值 分析得到的數據訓練類神經網路，使神經網路能有效模擬不同沖刷深 度下橋梁耐震能力的變化，本研究主要是觀察橋梁在降伏以及崩塌時 所能承受之最大地表加速度值，以此做為分析橋梁耐震能力的依據。
1.3 論文章節及架構
本研究論文之架構分為五個章節：
第一章為緒論，引進本論文之主題，並說明其研究背景，接著敘 述寫此論文的動機及目的。
第二章為文獻回顧，介紹國內橋梁耐震規範的歷史與發展過程，
接著介紹側推分析法、容量震譜法和類神經網路。
4
第三章為研究方法，首先說明橋梁模型的尺寸、材料性質、橋樑 的型式和工址條件等，接著是耐震規範對於地震力的設定，再來介紹 以側推分析法和容量震譜法求取結構物耐震性能，最後是類神經網路 的基本原則與運作方式，然後指出倒傳遞網路的架構與倒傳遞演算法 的概念以及對整個耐震分析流程進行模擬。
第四章為數值模型與結果，討論基礎裸露橋梁耐震能力由數值分 析方法得到的結果，以及倒傳遞類神經網路的訓練狀況和模擬的情況 與數值分析值作比較。
第五章為結論與建議，此章將對本研究的結果提出結論與建議。
最後為本論文之附錄，在整本論文中所提及的各種圖形、表格、
參考資料等都將置於此供讀者參閱。
5