Accidental explosions on the railway: simulation-based prediction of damage to nearby buildings

Abstract

A procedure for estimating potential damage to buildings induced by accidental explosions on the railway is developed. By the damage failures of nearby structures due to actions generated by the accidental explosions are meant. This damage is measured in terms of probabilities of potential failures caused by explosions. The estimation of the damage probabilities is based on stochastic simulation of railway accidents involving an explosion. The proposed simulation-based procedure quantifies epistemic (state-of-knowledge) uncertainties in the damage probabilities. These uncertainties are expressed in terms of Bayesian prior and posterior distributions. The foundation of the procedure is a computer intensive method known as the Bayesian bootstrap. It is used for approximating the posterior distributions of damage probabilities. The application of the Bayesian bootstrap makes the proposed procedure highly automatic and convenient for assessing structures subjected to the hazard of the accidental actions. In addition, it can be used for specifying safe distances between the railway and nearby buildings. Structures of these buildings can be designed for tolerable probabilities of failures induced by accidental explosions.

Nagrinėjama, kaip prognozuoti šalia geležinkelio esančių pastatų pažeidimus, kuriuos gali sukelti atsitiktiniai avariniai sprogimai geležinkelio ruože. Siūloma tą prognozavimą atlikti taikant rizikos analizės ir konstrukcijų patikimumo teorijos matematinius metodus. Pažeidimus siūloma laikyti atsitiktiniais įvykiais, o jų prognozavimą atlikti vertinant tų įvykių tikimybes. Laikoma, kad šis tikimybių vertinimas turi būti atliekamas taikant Bejėso statistinės teorijos metodus. Parodoma, kad pažeidimų tikimybėms vertinti gerai tinka statistinė procedūra, vadinama kartotiniu statistiniu Bejėso ėmimu. Ji leidžia išreikšti pažeidimų tikimybes tankių, vadinamų Bejėso a priori skirstiniais, pavidalu. Kartotinis Bejėso ėmimas leidžia vertinti pažeidimų tikimybes turint santykinai mažą sprogimų sukeliamų apkrovų charakteristikų imtį. Vertinimo rezultatas gali būti pasikliautinieji pažeidimo tikimybių intervalai. Be to, kartotinio statistinio ėmimo procedūra veikia automatiškai ir nereikia inžinieriaus įsikišimo darant statistines išvadas. Siūloma pažeidimų prognozavimo procedūra yra bendro pobūdžio. Ji gali būti taikoma vertinant statybiniu požiūriu įvairias pavojingas situacijas, galinčias atsirasti dėl avarinių sprogimų galimybės geležinkelyje.