第一章 緒論
1.1 研究背景
在台灣一般常見的橋梁結構，在底部會設置某種形式的橋梁基礎，
如樁基礎(圖 1-1(a))、沉箱或井式基礎等，而其作用是用以承受上部 結構傳來的全部荷載，並將它們傳至岩盤。但是在以往的經驗中，發 現在遭受嚴重的地震時，此橋梁結構系統容易在交接處產生破壞，如：
橋台與橋柱或橋柱與帽梁的交接處，如圖 1-1(a)淺色部分。既然無法 避免這種破壞情形，許多新的設計策略相繼被提出，其中在美國加洲，
就有一種被廣泛使用的橋梁結構系統能夠避免這種破壞方式，此種結 構系統與台灣一般常見的橋梁基礎不同，它直接將橋柱延伸到地表下，
稱為橋梁延伸樁桿件(如圖 1-1(b))，而橋梁延伸樁桿件在地震下的破 壞方式則是會在地表下的樁桿件形成一個塑性鉸，如圖 1-1(b)淺色部 分所示。橋梁延伸樁桿件的優點除了避免在交接處產生破壞外，還有 跟其它橋梁基礎作比較的話，它的成本效率較佳，對於在城市內或有 限制條件的建設地區時，挖掘造成現地的擾動也較小。
在 2002 年，Chai [1]利用了相當於固定端懸臂梁的概念(如圖 1-2)，
建立一個解析模型，用以評估當結構物受側推力時，降伏桿件的局部 韌性需求。同年，Chai 等人 [2]用實驗數據來與此解析模型做比較。
Hutchinson 等人(2002) [3]使用了非線性動力有限元素分析橋梁延伸 樁桿件結構物。2003 年 Chai 和 Song [4]評估橋梁延伸樁桿件在遭受 地震後的性能表現，比較了結構性質與土壤性質對於曲率韌性需求之 間的影響。在 2006 年 6 月， Song 等人 [5]發表了一篇有關橋梁延伸 樁桿件初步耐震設計的文章，此篇文中提出了一套以結構耐震性能為
設計目標的橋梁性能設計方法，此方法除了考慮結構因素外，更考慮 了周圍土壤對整體結構物造成的影響，故設計步驟中包含了許多有關 土壤性質的計算公式。正因此方法詳盡的考慮各個設計細節，導致其 設計流程複雜且包含了一個兩層的巢狀迴圈，最後整個設計流程是否 完成，依據的是結構耐震性能有無滿足規範之規定。
1.2 研究動機
從上一節敘述可知，整個橋梁延伸樁桿件設計流程是相當複雜的，
除了包含一個兩層巢狀迴圈外，其兩層迴圈也都有可能發生設計失敗，
所以設計流程更需要重複的進行，而外層迴圈收斂條件是依據結構耐 震性能有無滿足相關規範等規定，假若未能滿足規範之規定，則整個 設計流程必頇重新修正初始設計參數，才能繼續進行，如此一來，若 要能滿足結構耐震性能目標，多次的修正初始設計參數是必要而且費 時的。且由於設計流程中採用了許多結構與大地的專業知識，因此對 於一些缺乏相關經驗的工程師，該如何來決定初始設計參數是一大難 題，相信他們可能需要花上更多次的嘗詴才能完成設計流程。
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 能力而來解決問題。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輔助設計與評估系統，模擬人類專家完成整 個設計流程。
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1.3 研究目的
接續上述之動機，本研究之目的係先了解 Song 等人提出的橋梁 延伸樁桿件設計方法及其設計理論與步驟，並再深入探討利用類神經 網路模擬整個設計流程的可行性。本研究藉由類神經網路來建構一套 橋梁延伸樁桿件輔助設計與評估系統，以模擬人類專家完成整個設計 流程。其中本研究共建立了三個不同功能的類神經網路，其中一個用 來輔助設計，另兩個則用來檢驗與評估設計後的結果。
首先，本研究利用 Matlab 依不同設計參數來產生案例資料庫，並 將其分為訓練與測詴案例，再將訓練案例由多至少分成三至五組，分 別使用不同訓練組別來訓練神經網路，由測詴案例得到其相關測詴結 果，並藉以驗證本系統的可行性與精確度。最後，藉由執行設計案例，
來證實類神經網路所建構之輔助設計與評估系統是否可行且正確 的。
1.4 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，接著概 述寫此論文的動機及目的。
第二章為文獻回顧，介紹歷年來與本研究的相關文獻，先介紹橋 梁延伸樁桿件的相關文獻，接著指出橋梁性能設計步驟中所引用的文 獻，再來為類神經網路的近年發展，最後介紹本研究室利用類神經網 路的相關應用。
第三章為研究方法，首先將介紹初步耐震橋梁延伸樁桿件設計流 程。大略說明每一步驟之主要設計過程，接著介紹類神經網路的基本 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。
第四章為系統架構與結果，為研究步驟的說明和所獲得之成果的 整理，首先決定出類神經網路的網路架構及相關參數，分析各神經網 路的輸入參數與輸出參數。再利用 Matlab 產生案例資料庫，分為訓 練案例與測詴案例，最後，將其結果彙整與討論。
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部分供讀者參閱。
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