Przygotowanie do egzaminu FE Civil: zestaw na powtórkę

Wzory, najważniejsze kroki metod dla każdego tematu i 30 zadań do ćwiczenia, z pełnymi rozwiązaniami na końcu.

Nowe zadaniaWróć do przedmiotu

W oknie drukowania wybierz „Zapisz jako PDF”, aby zachować kopię na swoim urządzeniu.

1Wzory i metody

Reakcje podpór belek

Równowaga
ΣFx = 0, ΣFy = 0, ΣM = 0
Obciążenie równomierne
wypadkowa w·L w środku obciążenia
Moment
M = F·d

Metoda

  1. Narysuj schemat sił i zastąp każdą podporę jej reakcjami.
  2. Zastąp każde obciążenie ciągłe jedną siłą przyłożoną w jego środku ciężkości.
  3. Napisz równanie momentów względem jednej podpory, aby wyznaczyć reakcję w drugiej.
  4. Z ΣFy = 0 wyznacz pozostałą reakcję i sprawdź drugim równaniem momentów.

Kratownica: równoważenie węzłów

Metoda równoważenia węzłów
ΣFx = 0, ΣFy = 0 at each joint
Metoda przekrojów
ΣM = 0 about a cut point
Siła w pręcie
dodatnia = rozciąganie, ujemna = ściskanie

Metoda

  1. Wyznacz reakcje podpór całej kratownicy.
  2. Metoda równoważenia węzłów: zacznij od węzła z co najwyżej dwiema nieznanymi siłami w prętach i użyj ΣFx = 0 oraz ΣFy = 0.
  3. Metoda Rittera (przekrojów): przetnij potrzebny pręt i napisz równanie momentów względem punktu, w którym przecinają się pozostałe nieznane pręty.
  4. Załóż rozciąganie; wynik ujemny oznacza ściskanie.

Siła tnąca i moment zginający

Siła tnąca i moment
V = ΣF po jednej stronie, M = ΣF·d po jednej stronie
Naprężenie od zginania
σ = M·y/I
Prostokąt
I = bh³/12
Wskaźnik wytrzymałości przekroju
W = I/ymax
Swobodnie podparta, obciążenie równomierne
Mmax = wL²/8

Metoda

  1. Wyznacz reakcje podpór z równowagi całej belki.
  2. Przetnij belkę w potrzebnym przekroju i zostaw jedną stronę.
  3. Siła tnąca: suma sił pionowych po tej stronie. Moment zginający: suma ich momentów względem przekroju.
  4. Aby znaleźć moment maksymalny, wyznacz miejsce, w którym siła tnąca jest równa zeru.

Ugięcie belki

Siła skupiona w środku rozpiętości
δ = PL³/(48EI)
Obciążenie równomierne, belka swobodnie podparta
δ = 5wL⁴/(384EI)
Wspornik, siła na końcu
δ = PL³/(3EI)
Wspornik, obciążenie równomierne
δ = wL⁴/(8EI)
Superpozycja
δ = δ1 + δ2

Wyboczenie słupów

Siła krytyczna Eulera
Pcr = π²EI/(KL)²
Współczynnik długości wyboczeniowej
K = 1 przegub–przegub, 0,5 utwierdzenie–utwierdzenie, 0,7 utwierdzenie–przegub, 2 utwierdzenie–wolny koniec
Naprężenie krytyczne
σcr = Pcr/A
Smukłość
λ = KL/r, r = √(I/A)

Środek ciężkości i moment bezwładności

Środek ciężkości
ȳ = ΣAiyi/ΣAi
Prostokąt
I = bh³/12
Twierdzenie Steinera
I = Ic + A·d²
Przekrój złożony
I = Σ(Ic,i + Aidi²)

Naprężenie efektywne w gruncie

Naprężenie całkowite
σ = Σγi·hi
Ciśnienie wody w porach
u = γw·(z − zw)
Naprężenie efektywne
σ′ = σ − u
Woda
γw = 9,81 kN/m³

Osiadanie konsolidacyjne

Normalnie skonsolidowany
S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0)
Naprężenie końcowe
σ′f = σ′0 + Δσ (at mid-depth of the layer)
Prekonsolidowany, σ′f ≤ σ′p
S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0)
Prekonsolidowany, σ′f > σ′p
S = H/(1 + e0)·[Cr·log₁₀(σ′p/σ′0) + Cc·log₁₀(σ′f/σ′p)]
Wskaźnik prekonsolidacji
OCR = σ′p/σ′0
Czas konsolidacji
t = Tv·Hdr²/cv
Droga filtracji
Hdr = H/2 (drenaż dwustronny), H (drenaż jednostronny)
Czynniki czasu
U 50% → 0,197, 60% → 0,287, 70% → 0,403, 80% → 0,567, 90% → 0,848

Parcie hydrostatyczne

Ciśnienie na głębokości
p = ρgh
Parcie na ścianę pionową
F = ρg·hc·A
Środek parcia
yp = yc + Ic/(ycA)
Prostokąt
Ic = bH³/12

Tarcie w rurach i straty wysokości

Liczba Reynoldsa
Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ
Charakter przepływu
laminarny poniżej Re ≈ 2000, turbulentny powyżej Re ≈ 4000
Prędkość średnia
V = Q/A, A = π·D²/4
Darcy–Weisbach
hf = f·(L/D)·V²/(2g)
Straty miejscowe
hm = ΣK·V²/(2g)
Typowe wartości K
wlot 0,5, wylot 1,0, kolano 90° ≈ 0,3
Spadek ciśnienia
Δp = ρ·g·hf
Dwa otwarte zbiorniki
Δz = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)
Swobodny wypływ
H = (1 + f·L/D + ΣK)·V²/(2g)

Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Wzór Manninga
V = (1/n)·R2/3·S1/2
Natężenie przepływu
Q = A·V
Promień hydrauliczny
R = A/P (P = wetted perimeter, free surface excluded)
Prostokąt
A = b·y, P = b + 2y
Trapez (nachylenie skarp z:1)
A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²)
Rura kołowa, pełna lub w połowie wypełniona
R = D/4
Wymagany spadek
S = (n·Q/(A·R2/3))²

Pompy i moc pomp

Moc hydrauliczna
Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp
Moc na wale
Pshaft = Ph/ηpump
Moc elektryczna
Pel = Pshaft/ηmotor
Wysokość podnoszenia pompy
H = Δz + Δp/(ρ·g) + hL
Straty w instalacji
hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)

Wartość pieniądza w czasie

Wartość przyszła
FV = PV·(1 + i)n
Wartość bieżąca
PV = FV/(1 + i)n
Kilka okresów w roku
i = r/m, N = m·n
Renta, wartość bieżąca
PV = PMT·[1 − (1 + i)−n]/i
Renta, wartość przyszła
FV = PMT·[(1 + i)n − 1]/i

Metoda

  1. Narysuj oś czasu z każdym przepływem pieniężnym i jego terminem.
  2. Dopasuj stopę do okresu: miesięczna stopa dla miesięcznych płatności.
  3. Użyj FV = PV·(1 + i)ⁿ dla pojedynczych kwot i wzorów na rentę dla równych płatności.
  4. Sprawdź znak i rząd wielkości odpowiedzi.

NPV i IRR

Wartość bieżąca netto
NPV = −C0 + Σ CFt/(1 + r)t
Równe przepływy pieniężne
NPV = −C0 + CF·[1 − (1 + r)−n]/r
Wewnętrzna stopa zwrotu
r, przy którym NPV = 0
Decyzja
przyjmij, gdy NPV > 0 (lub IRR > wymagana stopa zwrotu)

Metoda

  1. Wypisz wszystkie przepływy pieniężne z ich rokiem; inwestycja w roku 0 jest ujemna.
  2. Zdyskontuj każdy przepływ: CFt/(1 + r)t.
  3. Zsumuj je, aby otrzymać NPV. Wartość dodatnia oznacza, że projekt zarabia więcej niż r.
  4. Dla IRR znajdź stopę, przy której NPV jest równe zeru, metodą prób lub interpolacji.

Rozkład normalny

Wynik z
z = (x − μ)/σ
Poniżej x
P(X < x) = Φ(z)
Powyżej x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
Pomiędzy
Φ(z2) − Φ(z1)
Percentyl
x = μ + z·σ

Metoda

  1. Zamień wartość na wynik standaryzowany: z = (x − μ)/σ.
  2. Odczytaj Φ(z), pole na lewo od z.
  3. Dla pola na prawo użyj 1 − Φ(z); dla przedziału odejmij dwa pola lewostronne.
  4. Dla percentyla licz wstecz: wyznacz z dla pola, a potem x = μ + z·σ.

2Zadania do ćwiczenia

1.Reakcje podpór belekŚredni
P1​ = 25 kNP2​ = 25 kNABRA​ = ?RB​3,5 m0,5 m1 m

Belka swobodnie podparta ma podporę przegubową nieprzesuwną w A i przesuwną w B. Wyznacz pionową reakcję podpory RA.

L = 5 mP1 = 25 kN w 3,5 mP2 = 25 kN w 4 m
RA = kN
2.Reakcje podpór belekTrudny
w = 5 kN/mP = 30 kNABRA​RB​ = ?1 m3 m3 m1 m

Belka swobodnie podparta ma podporę przegubową nieprzesuwną w A i przesuwną w B. Wyznacz pionową reakcję podpory RB.

L = 8 mP = 30 kN w 7 mw = 5 kN/m od 1 do 4 m
RB = kN
3.Kratownica: równoważenie węzłówŚredni
ABBCACACB10 kN6 m1 m2 m

Użyj metody równoważenia węzłów, aby wyznaczyć siłę FAB w pręcie AB. Rozciąganie podaj jako dodatnie, a ściskanie jako ujemne.

rozpiętość = 6 mwysokość = 2 mB jest 1 m od Aobciążenie pionowe = 10 kN
FAB = kN
4.Kratownica: równoważenie węzłówTrudny
ABBCACACB15 kN10 kN6 m1 m3 m

Użyj metody równoważenia węzłów, aby wyznaczyć siłę FBC w pręcie BC. Rozciąganie podaj jako dodatnie, a ściskanie jako ujemne.

rozpiętość = 6 mwysokość = 3 mB jest 1 m od Aobciążenie pionowe = 15 kNobciążenie poziome = 10 kN ←
FBC = kN
5.Siła tnąca i moment zginającyŚredni
w = 2 kN/mP = 60 kNAB2 m

Wspornik jest utwierdzony w A. Przenosi obciążenie równomiernie rozłożone w na całej długości oraz siłę skupioną P w odległości 2 m od A. Wyznacz moment zginający MA w utwierdzeniu A. Przyjmij dodatnie momenty rozciągające dolne włókna i dodatnią siłę tnącą skierowaną w górę na lewej ściance.

L = 2 mP = 60 kN w 2 mw = 2 kN/m od 0 do 2 m
MA = kN·m
6.Siła tnąca i moment zginającyTrudny
50 kN10 kN20 kNABCDEFG1 m1 m1 m1 m1 m1 m

Punkty od A do G dzielą belkę na sześć równych części. W którym punkcie moment zginający ma największą wartość bezwzględną, dodatni lub ujemny? Kliknij go na rysunku.

50 kN @ 0 m10 kN @ 6 m20 kN @ 3 m
  1. 1A (x = 0 m)
  2. 2B (x = 1 m)
  3. 3C (x = 2 m)
  4. 4D (x = 3 m)
  5. 5E (x = 4 m)
  6. 6F (x = 5 m)
  7. 7G (x = 6 m)
7.Ugięcie belkiŚredni
w = 5 kN/mδL = 4 m

Belka swobodnie podparta przenosi obciążenie równomiernie rozłożone w na całej rozpiętości. Wyznacz maksymalne ugięcie δmax w środku rozpiętości.

w = 5 kN/mL = 4 mE = 70 GPa (aluminium)I = 120 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
8.Ugięcie belkiTrudny
w = 15 kN/mP = 17 kNδL = 1,5 m

Belka swobodnie podparta przenosi obciążenie równomiernie rozłożone w i siłę skupioną P w środku rozpiętości. Korzystając z superpozycji, wyznacz ugięcie w środku δmax.

P = 17 kNw = 15 kN/mL = 1,5 mE = 11 GPa (drewno konstrukcyjne)I = 120 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
9.Wyboczenie słupówŚredni
PL = 2,5 md = 50 mmprzekrój poprzeczny

Słup o długości L z materiału (aluminium) jest utwierdzony u podstawy i przegubowo podparty u góry. Korzystając ze wzoru Eulera, wyznacz jego siłę krytyczną Pcr.

L = 2,5 mE = 70 GPa (aluminium)d = 50 mm
Pcr = kN
10.Wyboczenie słupówTrudny
PL = 1 md = 25 mmprzekrój poprzeczny

Słup o długości L z materiału (stal) jest przegubowo podparty na obu końcach. Wyznacz jego smukłość i naprężenie krytyczne σcr ze wzoru Eulera.

L = 1 mE = 200 GPa (stal)d = 25 mm
σcr = MPa
11.Środek ciężkości i moment bezwładnościŚredni
200 mm200 mm60 mmØ30xIx​ = ?

Płyta 200 mm × 200 mm ma okrągły otwór o średnicy 30 mm na pionowej osi symetrii, ze środkiem 60 mm nad dolną krawędzią. Wyznacz moment bezwładności przekroju Ix względem osi poziomej przechodzącej przez środek ciężkości.

b = 200 mmh = 200 mmd = 30 mmśrodek otworu: y = 60 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Środek ciężkości i moment bezwładnościTrudny
11022024370188xwymiary w mm

Spawany dwuteownik ma półkę górną 110 × 24 mm, środnik o wysokości 370 mm i grubości 8 mm oraz półkę dolną 220 × 18 mm (szerokość × grubość). Wyznacz jego moment bezwładności Ix względem poziomej osi x przechodzącej przez środek ciężkości.

półka górna: 110 × 24 mmśrodnik: 8 × 370 mmpółka dolna: 220 × 18 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
13.Naprężenie efektywne w gruncieŚredni
piasekγd​ = 16,5 kN/m³γsat​ = 19 kN/m³13 mzwierciadło wody gruntowejXz = 3 m

Dla pokazanego profilu gruntu wyznacz pionowe naprężenie efektywne σ′ w punkcie X.

z = 3 mzw = 1 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 16,5 kN/m³piasek: γsat = 19 kN/m³
σ′ = kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncieTrudny
piasekγd​ = 15,5 kN/m³γsat​ = 18,5 kN/m³4 mglinaγsat​ = 18 kN/m³8 mzwierciadło wody gruntowejXz = 8 m

Dla pokazanego profilu gruntu wyznacz pionowe naprężenie całkowite σ w punkcie X.

z = 8 mzw = 3 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 15,5 kN/m³piasek: γsat = 18,5 kN/m³glina: γsat = 18 kN/m³
σ = kPa
15.Osiadanie konsolidacyjneŚredni
Δσ = 60 kPapiasekglinaCc​ = 0,4, Cr​ = 0,03e0​ = 0,7σ′0​ = 75 kPaOCR = 32 mzwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny prekonsolidowanej o miąższości 2 m ma Cc = 0,4, Cr = 0,03 i e₀ = 0,7. W połowie jej głębokości efektywne naprężenie pionowe wynosi 75 kPa i wskaźnik prekonsolidacji wynosi OCR = 3. Nowy budynek zwiększa naprężenie pionowe w połowie głębokości o 60 kPa. Wyznacz osiadanie konsolidacyjne pierwotne S w mm.

H = 2 mCc = 0,4Cr = 0,03e0 = 0,7σ′0 = 75 kPaOCR = 3Δσ = 60 kPa
S = mm
16.Osiadanie konsolidacyjneTrudny
piasekglinaH = 2 mcv​ = 1,5 m²/rok2 mnieprzepuszczalna skałazwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny o miąższości 2 m ma współczynnik konsolidacji cv = 1,5 m²/rok. Leży na nieprzepuszczalnej skale, a nad nią jest piasek, więc woda odpływa tylko górą. Dla średniego stopnia konsolidacji 80% czynnik czasu wynosi Tv = 0,567. Po ilu latach t warstwa osiągnie 80% konsolidacji?

H = 2 mcv = 1,5 m²/rokU = 80%Tv = 0,567drenaż jednostronny
t = lata
17.Parcie hydrostatyczneŚredni
zasuwad = 0,5 mH = 2,5 m

Pionowa prostokątna zasuwa o szerokości 1,5 m znajduje się w ścianie zbiornika z cieczą (woda), z górną krawędzią 0,5 m pod powierzchnią. Wyznacz wypadkową siłę parcia hydrostatycznego F na zasuwę.

d = 0,5 mH = 2,5 mb = 1,5 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
18.Parcie hydrostatyczneTrudny
zasuwad = 2 mH = 3 m

Pionowa prostokątna zasuwa o szerokości 2 m znajduje się w ścianie zbiornika z cieczą (woda), z górną krawędzią 2 m pod powierzchnią. Wyznacz głębokość ycp środka parcia pod powierzchnią.

d = 2 mH = 3 mb = 2 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
ycp = m
19.Tarcie w rurach i straty wysokościŚredni
V = 1,2 m/sD = 300 mmL = 800 mf = 0,028

Woda (ρ = 1000 kg/m³) płynie z prędkością 1,2 m/s przez poziomą rurę o długości 800 m i średnicy wewnętrznej 300 mm. Przyjmij współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,028 i g = 9,81 m/s². Wyznacz spadek ciśnienia Δp na rurze w kPa.

V = 1,2 m/sL = 800 mD = 300 mmf = 0,028ρ = 1000 kg/m³
Δp = kPa
20.Tarcie w rurach i straty wysokościTrudny
K = 2swobodny wypływH = ?L = 150 m, D = 200 mm, f = 0,0222× kolano (K = 0,3)

Rura o długości 150 m i średnicy wewnętrznej 200 mm (współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,022) wychodzi z otwartego zbiornika i wypływa swobodnym strumieniem do atmosfery. Straty miejscowe to: wlot o ostrej krawędzi (K = 0,5), kolana w liczbie 2 (K = 0,3 każde) i zawór (K = 2). Przyjmij g = 9,81 m/s². O ile H zwierciadło wody w zbiorniku musi leżeć wyżej niż wylot rury, aby natężenie przepływu wynosiło 50 L/s?

Q = 50 L/sL = 150 mD = 200 mmf = 0,022Kentrance = 0,5Kbend = 0,3 (×2)Kvalve = 2
H = m
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Średni
D = 900 mmn = 0,013, S = 0,0015

Betonowy kanał deszczowy o średnicy wewnętrznej 900 mm jest wypełniony do połowy. Współczynnik Manninga n = 0,013, a spadek S = 0,0015. Wyznacz natężenie przepływu Q w m³/s.

D = 900 mmn = 0,013S = 0,0015
Q = m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Trudny
b = 3,5 my = 0,8 m2 : 1n = 0,03, Q = 4,2 m³/s

Trapezowy kanał (grunt porośnięty trawą) o szerokości dna 3,5 m i nachyleniu skarp 2:1 (poziomo:pionowo) ma przeprowadzić 4,2 m³/s w przepływie jednostajnym przy głębokości 0,8 m. Współczynnik Manninga n = 0,03. Wyznacz wymagany spadek dna S (w m/m).

Q = 4,2 m³/sb = 3,5 my = 0,8 mz = 2n = 0,03
S = m/m
23.Pompy i moc pompŚredni
PQ = 25 L/sH = 22 m

Pompa o sprawności 80% tłoczy 25 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) przy wysokości podnoszenia 22 m. Przyjmij g = 9,81 m/s². Wyznacz potrzebną moc na wale Pshaft, w kW.

Q = 25 L/sH = 22 mη = 80%g = 9,81 m/s²
Pshaft = kW
24.Pompy i moc pompTrudny
PQ = 100 L/sΔz = 13 mL = 300 m, D = 250 mm, f = 0,015, ΣK = 6

Pompa przetłacza 100 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) z otwartego dolnego zbiornika do górnego zbiornika, którego zwierciadło wody leży 13 m wyżej. Rura ma długość 300 m, średnicę wewnętrzną 250 mm i współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,015; współczynniki strat miejscowych sumują się do ΣK = 6 (łącznie z wlotem i wylotem). Przyjmij g = 9,81 m/s². Sprawność pompy wynosi 82%. Wyznacz moc na wale Pshaft w kW.

Q = 100 L/sΔz = 13 mL = 300 mD = 250 mmf = 0,015ΣK = 6η = 82%
Pshaft = kW
25.Wartość pieniądza w czasieŚredni
lata0123…10PV = ?€20 000

Za 10 lat potrzebujesz €20 000. Konto daje 4,8 % rocznie z kapitalizacją kwartalną. Ile musisz wpłacić dziś? Wyznacz wartość bieżącą PV.

FV = €20 0004,8% / 4n = 10
PV = €
26.Wartość pieniądza w czasieTrudny
miesiące0123…84A?AA€20 000

Za 7 lat chcesz mieć €20 000. Na koniec każdego miesiąca odkładasz tę samą kwotę na konto oprocentowane 4,8 % rocznie z kapitalizacją miesięczną. Wyznacz miesięczną wpłatę A.

FV = €20 0004,8% / 12N = 84
A = €
27.NPV i IRRŚredni
lata01234567−100 00020 50020 50020 50020 50020 50020 50040 500

Maszyna kosztuje dziś €100 000. Przynosi €20 500 na koniec każdego roku przez 7 lat, a potem można ją sprzedać za €20 000. Koszt kapitału wynosi 6 %. Wyznacz wartość bieżącą netto NPV.

C0 = €100 000CF = €20 500S = €20 000n = 7r = 6%
NPV = €
28.NPV i IRRTrudny
lata0123−10 0007 0005 5006 500

Projekt kosztuje €10 000 i przynosi €7 000, €5 500, €6 500 na koniec lat od 1 do 3. Wyznacz jego wewnętrzną stopę zwrotu IRR w procentach.

CF0 = −10 000CF1 = 7 000CF2 = 5 500CF3 = 6 500
IRR = %
29.Rozkład normalnyŚredni
105 s114,6 sX + Y?

X ma rozkład normalny ze średnią 60 s i odchyleniem standardowym 5 s; zmienna Y jest niezależna i ma rozkład normalny ze średnią 45 s i odchyleniem standardowym 4 s. Wyznacz prawdopodobieństwo P, że X + Y jest większe niż 114,6 s. Zaokrąglij z do dwóch miejsc po przecinku.

μX = 60, σX = 5μY = 45, σY = 4X + Y > 114,6 s
P =
30.Rozkład normalnyTrudny
380420460500540580620hdół 25%

Rozkład czasów pracy baterii jest normalny ze średnią 500 h i odchyleniem standardowym 40 h. Przeciągnij wartość graniczną tak, aby zacieniowane dolne 25% leżało na lewo od niej. Znajdź wartość graniczną x.

μ = 500 hσ = 40 h25%
x = h

3Roztwory

1.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: RA = 12,5 kN

Równowaga statyczna: ciało w spoczynku ma ΣFx = 0, ΣFy = 0 i ΣM = 0 względem dowolnego punktu. Moment względem jednej podpory usuwa jej reakcję z równania.

P1​ = 25 kNP2​ = 25 kNABRA​RB​3,5 m0,5 m1 m

Schemat sił

Zastąp podpory siłami reakcji. Podpora przesuwna daje jedną reakcję pionową; przy samych obciążeniach pionowych podpora nieprzesuwna też daje jedną reakcję pionową.

Równowaga

Momenty względem A, dodatnie przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. Potem równowaga sił pionowych.

ΣMA = 0: RB·5 = 25·3,5 + 25·4
RB = 187,5/5 = 37,5 kN
ΣFy = 0: RA = 50 − 37,5 = 12,5 kN

Odpowiedź

RA = 12,5 kN
2.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: RB = 30,94 kN

Równowaga statyczna: ciało w spoczynku ma ΣFx = 0, ΣFy = 0 i ΣM = 0 względem dowolnego punktu. Moment względem jednej podpory usuwa jej reakcję z równania.

w = 5 kN/mP = 30 kNABRA​RB​1 m3 m3 m1 m

Schemat sił

Zastąp podpory siłami reakcji. Podpora przesuwna daje jedną reakcję pionową; przy samych obciążeniach pionowych podpora nieprzesuwna też daje jedną reakcję pionową.

Równowaga

Momenty względem A, dodatnie przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. Potem równowaga sił pionowych.

Wypadkowa obciążenia ciągłego: W = w·ℓ = 5·3 = 15 kN, przyłożona w x̄ = 2,5 m
ΣMA = 0: RB·8 = 30·7 + 5·3·2,5
RB = 247,5/8 = 30,94 kN
ΣFy = 0: RA = 45 − 30,94 = 14,06 kN

Odpowiedź

RB = 30,94 kN
3.Kratownica: równoważenie węzłów

Odpowiedź: FAB = −9,317 kN

Metoda równoważenia węzłów: każdy węzeł kratownicy jest w równowadze, więc w każdym węźle ΣFx = 0 i ΣFy = 0. Zacznij od węzła z co najwyżej dwiema nieznanymi siłami. Wynik ujemny oznacza, że pręt jest ściskany.

ABBCACACB10 kNAy​Cy​

Reakcje podpór

Równowaga całej kratownicy. Momenty względem A, dodatnie przeciwnie do ruchu wskazówek zegara.

ΣMA = 0: Cy·6 = 10·1 → Cy = 1,667 kN
ΣFy = 0: Ay = 10 − 1,667 = 8,333 kN

Węzeł A

Załóż, że każdy pręt jest rozciągany (ciągnie od węzła). Tylko AB ma składową pionową w A.

sin α = 2/2,236 = 0,8944
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −8,333/0,8944 = −9,317 kN

Odpowiedź

FAB = −9,317 kN (ściskanie)
4.Kratownica: równoważenie węzłów

Odpowiedź: FBC = 4,859 kN

Metoda równoważenia węzłów: każdy węzeł kratownicy jest w równowadze, więc w każdym węźle ΣFx = 0 i ΣFy = 0. Zacznij od węzła z co najwyżej dwiema nieznanymi siłami. Wynik ujemny oznacza, że pręt jest ściskany.

ABBCACACB15 kN10 kNAy​Cy​Ax​

Reakcje podpór

Równowaga całej kratownicy. Momenty względem A, dodatnie przeciwnie do ruchu wskazówek zegara.

ΣMA = 0: Cy·6 = 15·1 − 10·3 → Cy = −2,5 kN
ΣFy = 0: Ay = 15 − −2,5 = 17,5 kN
ΣFx = 0: Ax = 10 kN

Węzeł C

Podpora przesuwna daje tylko reakcję pionową, więc w węźle C są tylko dwie nieznane siły w prętach. Załóż, że oba pręty są rozciągane.

sin γ = 3/5,831 = 0,5145, cos γ = 5/5,831 = 0,8575
ΣFy = 0: Cy + FBC·sin γ = 0 → FBC = −−2,5/0,5145 = 4,859 kN

Odpowiedź

FBC = 4,859 kN (rozciąganie)
5.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: MA = −124 kN·m

Metoda przekrojów: przetnij belkę tam, gdzie chcesz znać siły wewnętrzne, i zostaw jedną stronę. Siła tnąca V równoważy siły pionowe po tej stronie, a moment zginający M ich momenty względem przekroju.

Zostaw część ze swobodnym końcem

P: −60·2 = −120 kN·m
w: −2·2²/2 = −4 kN·m
MA = −120 − 4 = −124 kN·m

Odpowiedź

MA = −124 kN·m

Wartość ujemna oznacza moment ujemny: rozciągane są górne włókna.

6.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: B (x = 1 m)

Największy moment zginający: nachylenie wykresu M zmienia się tam, gdzie zmienia się siła tnąca, więc jego maksima leżą tam, gdzie siła tnąca przechodzi przez zero: pod siłą skupioną, wewnątrz obciążenia ciągłego albo nad podporą przy wsporniku. W utwierdzeniu belki wspornikowej moment jest największy przy ścianie. Porównaj wartości M w tych miejscach, zarówno dodatnie (zginanie „w dół”), jak i ujemne.

Reakcje podpór

Zapisz momenty względem jednej podpory, a potem użyj bilansu sił pionowych.

R1 = 70 kN, R2 = 10 kN

Moment zginający w każdym punkcie

Zsumuj momenty wszystkich sił po jednej stronie przekroju. Zginanie „w dół” jest dodatnie, „w górę” ujemne.

MA = 0, MB = −50 kN·m, MC = −30, MD = −10, ME = −10, MF = −10, MG = 0

Odpowiedź

Punkt B: MB = −50 kN·m
7.Ugięcie belki

Odpowiedź: δmax = 1,984 mm

Ugięcie belek: ugięcia otrzymuje się, całkując dwukrotnie krzywiznę M/(EI). Typowe przypadki są stablicowane, na przykład PL³/(3EI) dla wspornika z siłą na końcu i 5wL⁴/(384EI) dla belki swobodnie podpartej z obciążeniem równomiernym na całej rozpiętości. Ugięcia od różnych obciążeń się sumują (superpozycja).

Spójne jednostki

Licz w N i mm: P w N, w w N/mm (kN/m = N/mm), L w mm, E w N/mm² (GPa × 1000), I w mm⁴.

w = 5 N/mm, L = 4000 mm
EI = 8,4 × 10¹² N·mm²

Ugięcie

δmax = 5wL⁴/(384EI) = 5·5·4000⁴/(384·8,4 × 10¹²) = 1,984 mm

Odpowiedź

δmax = 1,984 mm
8.Ugięcie belki

Odpowiedź: δmax = 1,655 mm

Ugięcie belek: ugięcia otrzymuje się, całkując dwukrotnie krzywiznę M/(EI). Typowe przypadki są stablicowane, na przykład PL³/(3EI) dla wspornika z siłą na końcu i 5wL⁴/(384EI) dla belki swobodnie podpartej z obciążeniem równomiernym na całej rozpiętości. Ugięcia od różnych obciążeń się sumują (superpozycja).

Spójne jednostki

Licz w N i mm: P w N, w w N/mm (kN/m = N/mm), L w mm, E w N/mm² (GPa × 1000), I w mm⁴.

P = 17000 N, w = 15 N/mm, L = 1500 mm, EI = 1,32 × 10¹² N·mm²

Każde obciążenie osobno

δP = PL³/(48EI) = 17000·1500³/(48·1,32 × 10¹²) = 0,9055 mm
δw = 5wL⁴/(384EI) = 5·15·1500⁴/(384·1,32 × 10¹²) = 0,7491 mm

Dodaj

δmax = 0,9055 + 0,7491 = 1,655 mm

Odpowiedź

δmax = 1,655 mm
9.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: Pcr = 69,21 kN

Wyboczenie Eulera: smukły słup traci stateczność przy Pcr = π²EI/(KL)², gdzie KL to długość wyboczeniowa: K = 1 dla przegub–przegub, 2 dla utwierdzenie–wolny koniec, 0,7 dla utwierdzenie–przegub i 0,5 dla utwierdzenie–utwierdzenie. Wybocza się względem osi o najmniejszym I. Wzór dotyczy słupów smukłych, których naprężenie krytyczne jest mniejsze od granicy plastyczności.

Najmniejszy moment bezwładności

Przekrój kołowy ma to samo I względem każdej osi.

I = πd⁴/64 = π·50⁴/64 = 306796 mm⁴

Długość wyboczeniowa

KL = 0,7·2500 = 1750 mm

Siła krytyczna

Pcr = π²EI/(KL)² = π²·70000·306796/1750² = 69210 N = 69,21 kN

Odpowiedź

Pcr = 69,21 kN
10.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: σcr = 77,11 MPa

Wyboczenie Eulera: smukły słup traci stateczność przy Pcr = π²EI/(KL)², gdzie KL to długość wyboczeniowa: K = 1 dla przegub–przegub, 2 dla utwierdzenie–wolny koniec, 0,7 dla utwierdzenie–przegub i 0,5 dla utwierdzenie–utwierdzenie. Wybocza się względem osi o najmniejszym I. Wzór dotyczy słupów smukłych, których naprężenie krytyczne jest mniejsze od granicy plastyczności.

Najmniejszy moment bezwładności

Przekrój kołowy ma to samo I względem każdej osi.

I = πd⁴/64 = π·25⁴/64 = 19175 mm⁴

Promień bezwładności i smukłość

A = 490,9 mm²
r = √(I/A) = √(19175/490,9) = 6,25 mm
KL = 1·1000 = 1000 mm
KL/r = 1000/6,25 = 160

Naprężenie krytyczne

σcr = π²E/(KL/r)² = π²·200000/160² = 77,11 MPa

Odpowiedź

σcr = 77,11 MPa
11.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: Ix = 132,1 × 10⁶ mm⁴

Przekroje z otworami: traktuj otwór jako ujemne pole. Środek ciężkości to ȳ = (A₁y₁ − A₂y₂)/(A₁ − A₂), gdzie A₁, y₁ dotyczą pełnej płyty, a A₂, y₂ otworu. Dla momentu bezwładności przekroju względem osi środkowej użyj twierdzenia Steinera dla każdej części i odejmij otwór: I = (Ic1 + A₁d₁²) − (Ic2 + A₂d₂²), gdzie d to odległość środka ciężkości każdej części od osi przechodzącej przez ȳ. Prostokąt ma Ic = bh³/12, a koło Ic = πd⁴/64.

Środek ciężkości

ȳ = (40000·100 − 706,9·60)/(40000 − 706,9) = 100,7 mm

Pełna płyta względem ȳ

200·200³/12 + 40000·−0,7196² = 133,4 × 10⁶ mm⁴

Otwór względem ȳ

π·30⁴/64 + 706,9·−40,72² = 1,212 × 10⁶ mm⁴

Odejmij

Ix = 132,1 × 10⁶ mm⁴

Odpowiedź

Ix = 132,1 × 10⁶ mm⁴
12.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: Ix = 279,1 × 10⁶ mm⁴

Przekroje złożone: podziel przekrój na prostokąty. Środek ciężkości to średnia ważona polami ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ. Moment bezwładności względem osi centralnej sumuje własne bh³/12 każdej części i człon Steinera A·d², gdzie d to odległość środka ciężkości części od środka ciężkości całości. Naprężenie od zginania to σ = M·y/I.

Podziel na trzy prostokąty

Mierz każde y od dolnej krawędzi.

półka górna: A = 2640 mm², y = 400 mm
środnik: A = 2960 mm², y = 203 mm
półka dolna: A = 3960 mm², y = 9 mm

Środek ciężkości

ȳ = (2640·400 + 2960·203 + 3960·9)/9560 = 177 mm

Twierdzenie Steinera

półka górna: 110·24³/12 + 2640·223² = 1,314 × 10⁸ mm⁴
środnik: 8·370³/12 + 2960·25,96² = 3,576 × 10⁷ mm⁴
półka dolna: 220·18³/12 + 3960·168² = 1,119 × 10⁸ mm⁴
Ix = 1,314 × 10⁸ + 3,576 × 10⁷ + 1,119 × 10⁸
Ix = 2,791 × 10⁸ mm⁴ = 279,1 × 10⁶ mm⁴

Odpowiedź

Ix = 279,1 × 10⁶ mm⁴
13.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: σ′ = 34,88 kPa

Naprężenie efektywne (Terzaghi): szkielet gruntowy przenosi σ′ = σ − u. Naprężenie całkowite σ to ciężar wszystkiego nad punktem, Σγ·h, z ciężarem objętościowym suchym nad zwierciadłem wody i nasyconym poniżej. Poniżej zwierciadła ciśnienie wody w porach jest hydrostatyczne: u = γw·(głębokość poniżej zwierciadła).

Naprężenie całkowite

Dodaj ciężar każdej warstwy gruntu nad X. Nad zwierciadłem wody użyj ciężaru objętościowego suchego, poniżej nasyconego.

σ = γd·zw + γsat·(z − zw) = 16,5·1 + 19·2 = 54,5 kPa

Ciśnienie wody w porach

Ciśnienie wody rośnie z głębokością poniżej zwierciadła.

u = γw·(z − zw) = 9,81·2 = 19,62 kPa

Naprężenie efektywne

σ′ = σ − u = 54,5 − 19,62 = 34,88 kPa

Odpowiedź

σ′ = 34,88 kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: σ = 137 kPa

Naprężenie efektywne (Terzaghi): szkielet gruntowy przenosi σ′ = σ − u. Naprężenie całkowite σ to ciężar wszystkiego nad punktem, Σγ·h, z ciężarem objętościowym suchym nad zwierciadłem wody i nasyconym poniżej. Poniżej zwierciadła ciśnienie wody w porach jest hydrostatyczne: u = γw·(głębokość poniżej zwierciadła).

Naprężenie całkowite

Dodaj ciężar każdej warstwy gruntu nad X. Nad zwierciadłem wody użyj ciężaru objętościowego suchego, poniżej nasyconego.

σ = γd·3 + γsat,sand·1 + γsat,clay·4
σ = 15,5·3 + 18,5·1 + 18·4 = 137 kPa

Odpowiedź

σ = 137 kPa
15.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: S = 9,01 mm

Konsolidacja pierwotna warstwy gliny o miąższości H, z naprężeniem efektywnym w środku warstwy: σ′f = σ′0 + Δσ. Glina normalnie skonsolidowana: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). Glina prekonsolidowana ulega ponownemu ściśnięciu wzdłuż Cr aż do naprężenia prekonsolidacji σ′p, a dopiero powyżej niego podąża za Cc. Czas: t = Tv·Hdr²/cv, gdzie droga filtracji Hdr wynosi H/2, gdy woda może odpływać górą i dołem, oraz H, gdy drenaż jest tylko z jednej strony.

Naprężenie prekonsolidacji

σ′p = OCR·σ′0 = 3·75 = 225 kPa

Porównaj z naprężeniem prekonsolidacji

σ′f = 75 + 60 = 135 kPa ≤ 225 kPa

Osiadanie

Glina pozostaje na linii ponownego ściskania.

S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0) = 0,03·2/(1 + 0,7)·log₁₀(135/75) = 9,01 mm

Odpowiedź

S = 9,01 mm
16.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: t = 1,512 lata

Konsolidacja pierwotna warstwy gliny o miąższości H, z naprężeniem efektywnym w środku warstwy: σ′f = σ′0 + Δσ. Glina normalnie skonsolidowana: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). Glina prekonsolidowana ulega ponownemu ściśnięciu wzdłuż Cr aż do naprężenia prekonsolidacji σ′p, a dopiero powyżej niego podąża za Cc. Czas: t = Tv·Hdr²/cv, gdzie droga filtracji Hdr wynosi H/2, gdy woda może odpływać górą i dołem, oraz H, gdy drenaż jest tylko z jednej strony.

Droga filtracji

Hdr = H = 2 m

Czas

t = Tv·Hdr²/cv = 0,567·2²/1,5 = 1,512 lata

Odpowiedź

t = 1,512 lata
17.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: F = 64,38 kN

Parcie hydrostatyczne na powierzchnię płaską: F = ρ·g·yc·A. Działa w środku parcia, ycp = yc + Ic/(ycA), który zawsze leży poniżej środka ciężkości.

Głębokość środka ciężkości i pole

yc = d + H/2 = 0,5 + 2,5/2 = 1,75 m
A = H·b = 2,5·1,5 = 3,75 m²
zasuwad = 0,5 mH = 2,5 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·1,75·3,75 = 64,38 kN

Odpowiedź

F = 64,38 kN
18.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: ycp = 3,714 m

Parcie hydrostatyczne na powierzchnię płaską: F = ρ·g·yc·A. Działa w środku parcia, ycp = yc + Ic/(ycA), który zawsze leży poniżej środka ciężkości.

Głębokość środka ciężkości i pole

yc = d + H/2 = 2 + 3/2 = 3,5 m
A = H·b = 3·2 = 6 m²
zasuwad = 2 mH = 3 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·3,5·6 = 206 kN

Środek parcia

Ciśnienie rośnie z głębokością, więc wypadkowa działa poniżej środka ciężkości.

Ic = b·H³/12 = 2·3³/12 = 4,5 m⁴
ycp = yc + Ic/(yc·A) = 3,5 + 4,5/(3,5·6) = 3,714 m

Odpowiedź

ycp = 3,714 m
19.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: Δp = 53,76 kPa

Przepływ w rurach: liczba Reynoldsa Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ odróżnia przepływ laminarny (Re poniżej ok. 2000) od turbulentnego (powyżej ok. 4000). Tarcie wzdłuż rury powoduje stratę wysokości Darcy’ego–Weisbacha hf = f·(L/D)·V²/(2g). Kształtki, zawory, wlot i wylot dodają straty miejscowe hm = ΣK·V²/(2g). Między dwiema otwartymi powierzchniami zbiorników równanie energii daje Δz = hf + hm, z uwzględnioną stratą na wylocie K = 1.

Strata wysokości

hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,028·(800/0,3)·1,2²/(2·9,81) = 5,48 m

Spadek ciśnienia

Rura jest pozioma, a prędkość się nie zmienia, więc równanie energii upraszcza się do Δp = ρ·g·hf.

Δp = ρ·g·hf = 1000·9,81·5,48 = 53760 Pa = 53,76 kPa

Odpowiedź

Δp = 53,76 kPa
20.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: H = 2,66 m

Przepływ w rurach: liczba Reynoldsa Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ odróżnia przepływ laminarny (Re poniżej ok. 2000) od turbulentnego (powyżej ok. 4000). Tarcie wzdłuż rury powoduje stratę wysokości Darcy’ego–Weisbacha hf = f·(L/D)·V²/(2g). Kształtki, zawory, wlot i wylot dodają straty miejscowe hm = ΣK·V²/(2g). Między dwiema otwartymi powierzchniami zbiorników równanie energii daje Δz = hf + hm, z uwzględnioną stratą na wylocie K = 1.

Prędkość

V = Q/A = 0,05/0,03142 = 1,592 m/s
V²/(2g) = 0,1291 m

Współczynniki strat

f·L/D = 0,022·150/0,2 = 16,5
ΣK = 0,5 + 2·0,3 + 2 = 3,1

Równanie energii

Strumień na wylocie nadal niesie swoją wysokość prędkości; to nie strata, ale trzeba ją dostarczyć.

H = (1 + 16,5 + 3,1)·0,1291 = 2,66 m

Odpowiedź

H = 2,66 m
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: Q = 0,3506 m³/s

Wzór Manninga (SI): dla przepływu jednostajnego w kanale otwartym V = (1/n)·R2/3·S1/2 i Q = A·V, gdzie n to współczynnik szorstkości, S to spadek dna (m/m), a R = A/P to promień hydrauliczny: pole przekroju przepływu podzielone przez obwód zwilżony. Do P wlicza się tylko brzeg stykający się z wodą, a nie swobodne zwierciadło. Prostokąt: A = b·y, P = b + 2y. Trapez o nachyleniu skarp z:1 (poziomo:pionowo): A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²). Rura kołowa wypełniona całkowicie lub do połowy ma R = D/4.

Geometria

A = 0,3181 m², R = D/4 = 0,225 m

Prędkość

V = (1/0,013)·0,2252/3·0,00151/2 = 1,102 m/s

Natężenie przepływu

Q = A·V = 0,3181·1,102 = 0,3506 m³/s

Odpowiedź

Q = 0,3506 m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: S = 0,001988 m/m

Wzór Manninga (SI): dla przepływu jednostajnego w kanale otwartym V = (1/n)·R2/3·S1/2 i Q = A·V, gdzie n to współczynnik szorstkości, S to spadek dna (m/m), a R = A/P to promień hydrauliczny: pole przekroju przepływu podzielone przez obwód zwilżony. Do P wlicza się tylko brzeg stykający się z wodą, a nie swobodne zwierciadło. Prostokąt: A = b·y, P = b + 2y. Trapez o nachyleniu skarp z:1 (poziomo:pionowo): A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²). Rura kołowa wypełniona całkowicie lub do połowy ma R = D/4.

Geometria

A = (b + z·y)·y = (3,5 + 2·0,8)·0,8 = 4,08 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 3,5 + 2·0,8·√(1 + 2²) = 7,078 m
R = A/P = 0,5765 m

Wyznacz S ze wzoru Manninga

S1/2 = n·Q/(A·R2/3) = 0,03·4,2/(4,08·0,6926) = 0,04459
S = 0,04459² = 0,001988

Odpowiedź

S = 0,001988

To spadek o 1,988 m na kilometr.

23.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: Pshaft = 6,744 kW

Moc pompy: moc przekazana wodzie to moc hydrauliczna Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp. Wał musi dostarczyć więcej, bo pompa ma straty: Pshaft = Ph/ηpump, a silnik pobiera Pel = Pshaft/ηmotor. Wysokość podnoszenia pompy H wynika z równania energii: geometryczna wysokość podnoszenia + wysokość ciśnienia + wszystkie straty tarcia i miejscowe.

Moc hydrauliczna

Ph = ρ·g·Q·H = 1000·9,81·0,025·22 = 5,396 kW

Moc na wale

Pshaft = Ph/η = 5,396/0,8 = 6,744 kW

Odpowiedź

Pshaft = 6,744 kW
24.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: Pshaft = 21,63 kW

Moc pompy: moc przekazana wodzie to moc hydrauliczna Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp. Wał musi dostarczyć więcej, bo pompa ma straty: Pshaft = Ph/ηpump, a silnik pobiera Pel = Pshaft/ηmotor. Wysokość podnoszenia pompy H wynika z równania energii: geometryczna wysokość podnoszenia + wysokość ciśnienia + wszystkie straty tarcia i miejscowe.

Prędkość

V = Q/A = 0,1/0,04909 = 2,037 m/s
V²/(2g) = 0,2115 m

Straty wysokości

hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (18 + 6)·0,2115 = 5,077 m

Wysokość podnoszenia pompy

H = Δz + hL = 13 + 5,077 = 18,08 m

Moc na wale

Pshaft = ρ·g·Q·H/η = 1000·9,81·0,1·18,08/0,82 = 21,63 kW

Odpowiedź

Pshaft = 21,63 kW
25.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: PV = 12411 €

Wartość pieniądza w czasie: pieniądz dziś jest wart więcej niż ta sama kwota później, bo może przynosić odsetki. Przy stopie i na okres kwota rośnie do FV = PV·(1 + i)n. Ciąg równych płatności (rentę) wycenia się, sumując wszystkie płatności, z czego wynikają wzory na rentę.

Stopa i liczba okresów

i = 0,048/4 = 0,012
N = 4·10 = 40

Wartość bieżąca

PV = FV/(1 + i)N = 20 000/1,611 = €12 411,08

Odpowiedź

PV = €12 411,08
26.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: A = 200,8 €

Wartość pieniądza w czasie: pieniądz dziś jest wart więcej niż ta sama kwota później, bo może przynosić odsetki. Przy stopie i na okres kwota rośnie do FV = PV·(1 + i)n. Ciąg równych płatności (rentę) wycenia się, sumując wszystkie płatności, z czego wynikają wzory na rentę.

Stopa miesięczna i liczba wpłat

i = 0,048/12 = 0,004
N = 12·7 = 84

Wpłata

A = FV·i/((1 + i)N − 1) = 20 000·0,004/(1,398 − 1) = €200,80

Odpowiedź

A = €200,80
27.NPV i IRR

Odpowiedź: NPV = 27740 €

Wartość bieżąca netto: zdyskontuj każdy przepływ do dziś wymaganą stopą zwrotu r i zsumuj: NPV = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ. Projekt z NPV > 0 zarabia więcej niż r i tworzy wartość. Wewnętrzna stopa zwrotu (IRR) to stopa, przy której NPV = 0.

Wartość bieżąca rocznych przepływów

20 500·5,582 = 114 438,82

Wartość bieżąca wartości końcowej

20 000/1,504 = 13 301,14

NPV

NPV = −100 000 + 114 438,82 + 13 301,14 = €27 739,96

Odpowiedź

NPV = €27 739,96
28.NPV i IRR

Odpowiedź: IRR = 41,4 %

Wartość bieżąca netto: zdyskontuj każdy przepływ do dziś wymaganą stopą zwrotu r i zsumuj: NPV = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ. Projekt z NPV > 0 zarabia więcej niż r i tworzy wartość. Wewnętrzna stopa zwrotu (IRR) to stopa, przy której NPV = 0.

Ogranicz IRR z obu stron

NPV maleje, gdy stopa rośnie, więc IRR leży między stopą z dodatnią a stopą z ujemną NPV.

NPV(40%) = 174,93
NPV(45%) = −424,37

Zawężaj

Interpolacja liniowa daje pierwsze przybliżenie; powtarzanie jej (albo funkcja IRR kalkulatora) daje dokładną stopę.

IRR ≈ 40 + 5·174,93/(174,93 − (−424,37)) = 41,46%
dokładnie: NPV(41,4%) = 0 → IRR = 41,4%

Odpowiedź

IRR = 41,4%
29.Rozkład normalny

Odpowiedź: P = 0,06681

Sumy i różnice zmiennych normalnych: jeśli X i Y są niezależne i mają rozkład normalny, to X + Y i X − Y również mają rozkład normalny. Średnie dodają się lub odejmują: E(X ± Y) = μX ± μY. Wariancje zawsze się dodają, także dla różnicy: Var(X ± Y) = σX² + σY², więc σ = √(σX² + σY²). Odchylenia standardowe nigdy nie dodają się bezpośrednio. Suma n niezależnych elementów o tym samym rozkładzie ma średnią n·μ i odchylenie standardowe σ·√n. Potem standaryzuj jak zwykle: z = (x − średnia)/σ i odczytaj Φ(z).

Rozkład sumy

μ = 105 s, σ = √(5² + 4²) = 6,403 s

Standaryzuj

z = (114,6 − 105)/6,403 = 1,5

Górny ogon

P = 1 − Φ(1,5) = 1 − 0,9332 = 0,06681

Odpowiedź

P = 0,06681
30.Rozkład normalny

Odpowiedź: x = 473 h

Od pola z powrotem do z: Φ(z) to pole na lewo od z. Dla pola lewego ogona A znajdź w tablicy z, dla którego Φ(z) = A. Pole prawego ogona A oznacza Φ(z) = 1 − A. Pole środkowe A między −z a z zostawia (1 − A)/2 w każdym ogonie, więc Φ(z) = (1 + A)/2. Dla wartości x użyj x = μ + zσ.

Pole po lewej

Φ(z) = 0,25

z z tablicy

z ≈ −0,67

Z powrotem do pierwotnych jednostek

x = 500 − 0,67·40 = 473 h

Odpowiedź

x = 473 h

To niezależne materiały do ćwiczeń. ExamProblems nie jest powiązane z organizacją przeprowadzającą ten egzamin ani przez nią rekomendowane, a nazwa egzaminu służy wyłącznie do opisu treści. Egzamin FE exam prowadzi NCEES, organizacja niezwiązana z ExamProblems, która go nie popiera.

ExamProblems · examproblems.com/courses/fe-exam-civil