Assessing external threats to structures using limited statistical data: an approach based on data resampling

Abstract

The paper deals with an estimation of risk to structures posed by extreme, dangerous phenomena called in brief the external threats. It is considered how to calculate risk values when a limited amount of data on actions imposed by these phenomena is available. The key methodology suggested in the paper for estimating the risk is the so-called bootstrap resampling, known also as statistical or Efron’s resampling. The paper presents a procedure allowing to apply the limited data to calculating bootstrap confidence intervals for probabilities of damage which can be caused by the actions. The application of the procedure is based on the assumption that the limited data can be expressed in the form of statistical sample which possesses the property of representativeness. It is discussed how to incorporate the confidence intervals in an expression of the risk induced by external threats. The proposed procedure can be viewed as a way of utilising limited and often very expensive data gained from experiments imitating occurrences of external threats. Findings described in this paper can be applied to design the structures for the so-called accidental situations.

Straipsnyje nagrinėjama, kaip vertinti konstrukcijų pažeidimų riziką, sukeliamą ekstremalių ir pavojingųjų reiškinių, pavadintų išoriniais pavojais. Parodyta, kaip skaičiuoti rizikos reikšmes, kaip turima ribota statistinė infomacija apie poveikius, sukeliamus pavojingųjų reiškinių. Straipsnyje pasiūlyta procedūra, leidžianti išnaudoti šią informaciją rizikos įverčiams skaičiuoti. Procedūros esmę sudaro kartotinis statistinis duomenų apie pavojingųjų reiškinių sukeliamus poveikius ėmimas, atliekamas plėtros (angl. bootstrap) metodu. Ši procedūra leidžia skaičiuoti pasikliautinuosius konstrukcijos pažeidimų tikimybių intervalus. Parodyta, kad juos nesunku transformuoti į pasikliautinuosius pažeidimų dažnių intervalus. Juos galima taikyti formuojant kiekybinę konstrukcijos pažeidimų rizikos išraišką.