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
w = 8 kN/mP = 15 kNABRA​ = ?6 m1 m1 m

Wspornik jest utwierdzony w ścianie w A. Przenosi obciążenie równomiernie rozłożone w od ściany do 6 m i siłę skupioną P w odległości 7 m od ściany. Wyznacz reakcję pionową RA w ścianie.

L = 8 mP = 15 kN w 7 mw = 8 kN/m od 0 do 6 m
RA = kN
2.Reakcje podpór belekTrudny
P = 25 kN, 50°Q = 25 kNABα = ?2 m3 m3 m

Belka swobodnie podparta ma podporę przegubową nieprzesuwną w A i przesuwną w B. W odległości 5 m od A działa siła P nachylona pod kątem 50° do poziomu, a w odległości 2 m od A pionowa siła Q. Wyznacz kąt α między całkowitą siłą reakcji w podporze nieprzesuwnej A a poziomem.

L = 8 mP = 25 kN w 5 m, θ = 50°Q = 25 kN w 2 m
α = °
3.Kratownica: równoważenie węzłówŚredni
ABCDEFGH10 kN35 kN40 kN4 × 4 m4 m

Dokładnie jeden pręt tej kratownicy nie przenosi siły przy tych obciążeniach. Który to pręt zerowy? Kliknij go na rysunku.

D: 10 kN ↓F: 35 kN ↓G: 40 kN ↓
  1. 1pręt AB
  2. 2pręt BC
  3. 3pręt CD
  4. 4pręt DE
  5. 5pręt FG
  6. 6pręt GH
  7. 7pręt AF
  8. 8pręt HE
  9. 9pręt BF
  10. 10pręt CG
  11. 11pręt DH
  12. 12pręt FC
  13. 13pręt HC
4.Kratownica: równoważenie węzłówTrudny
ABBCACACB55 kN25 kN8 m2 m2 m

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

rozpiętość = 8 mwysokość = 2 mB jest 2 m od Aobciążenie pionowe = 55 kNobciążenie poziome = 25 kN →
FAB = kN
5.Siła tnąca i moment zginającyŚredni
10 kN15 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.

10 kN @ 3 m15 kN @ 1 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)
6.Siła tnąca i moment zginającyTrudny
w = 8 kN/mP = 20 kNABprzekrój1,5 m0,5 m3 m

Wyznacz moment zginający Mx w przekroju x = 1,5 m od podpory A. Przyjmij dodatnie momenty rozciągające dolne włókna i dodatnią siłę tnącą skierowaną w górę na lewej ściance.

L = 5 mP = 20 kN w 2 mw = 8 kN/m od 0 do 5 mx = 1,5 m
Mx = kN·m
7.Ugięcie belkiŚredni
P = 13 kNABδ1 m1 m

Wspornik o długości L jest utwierdzony w A i przenosi siłę skupioną P w odległości a = 1 m od A. Wyznacz ugięcie δP pod siłą.

P = 13 kNa = 1 mL = 2 mE = 11 GPa (drewno konstrukcyjne)I = 36 × 10⁶ mm⁴
δP = mm
8.Ugięcie belkiTrudny
P = 4 kNABδ3,5 m2,5 m

Belka swobodnie podparta przenosi siłę skupioną P w odległości b = 2,5 m od podpory B. Wyznacz ugięcie δmid w środku rozpiętości.

P = 4 kNb = 2,5 mL = 6 mE = 70 GPa (aluminium)I = 57 × 10⁶ mm⁴
δmid = mm
9.Wyboczenie słupówŚredni
PL = 4 m30 × 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 = 4 mE = 70 GPa (aluminium)b × h = 30 × 50 mm
Pcr = kN
10.Wyboczenie słupówTrudny
P = 110 kNL = 6 md = ?przekrój poprzeczny

Pełny słup okrągły o długości L z materiału (aluminium) jest utwierdzony u podstawy i przegubowo podparty u góry. Ma przenieść 110 kN przy współczynniku bezpieczeństwa 3 względem wyboczenia. Wyznacz najmniejszą średnicę d.

P = 110 kNn = 3L = 6 mE = 70 GPa (aluminium)
d = mm
11.Środek ciężkości i moment bezwładnościŚredni
150 mm240 mm84 mmØ60xIx​ = ?

Płyta 150 mm × 240 mm ma okrągły otwór o średnicy 60 mm na pionowej osi symetrii, ze środkiem 84 mm nad dolną krawędzią. Wyznacz moment bezwładności przekroju Ix względem osi poziomej przechodzącej przez środek ciężkości.

b = 150 mmh = 240 mmd = 60 mmśrodek otworu: y = 84 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Środek ciężkości i moment bezwładnościTrudny
3002018018xM = 50 kN·mwymiary w mm

Przekrój teowy pracuje jako belka z półką u góry i przenosi dodatni moment zginający 50 kN·m. Wyznacz wartość naprężenia od zginania σgóra na górnej krawędzi.

bf = 300 mmtf = 20 mmtw = 18 mmhw = 180 mmM = 50 kN·m
σgóra = MPa
13.Naprężenie efektywne w gruncieŚredni
piasekγd​ = 16 kN/m³γsat​ = 20,5 kN/m³9 mzwierciadło wody gruntowejXz = 4 m

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

z = 4 mzw = 1 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 16 kN/m³piasek: γsat = 20,5 kN/m³
σ = kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncieTrudny
piasekγd​ = 15,5 kN/m³γsat​ = 20 kN/m³4 mglinaγsat​ = 17,5 kN/m³4 mzwierciadło wody gruntowejXz = 6 m

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

z = 6 mzw = 2 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 15,5 kN/m³piasek: γsat = 20 kN/m³glina: γsat = 17,5 kN/m³
σ′ = kPa
15.Osiadanie konsolidacyjneŚredni
Δσ = 15 kPapiasekglinaCc​ = 0,4, Cr​ = 0,03e0​ = 1,1σ′0​ = 100 kPaσ′p​ = 130 kPa6 mzwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny prekonsolidowanej o miąższości 6 m ma Cc = 0,4, Cr = 0,03 i e₀ = 1,1. W połowie jej głębokości efektywne naprężenie pionowe wynosi 100 kPa i naprężenie prekonsolidacji wynosi 130 kPa. Nowy budynek zwiększa naprężenie pionowe w połowie głębokości o 15 kPa. Wyznacz osiadanie konsolidacyjne pierwotne S w mm.

H = 6 mCc = 0,4Cr = 0,03e0 = 1,1σ′0 = 100 kPaσ′p = 130 kPaΔσ = 15 kPa
S = mm
16.Osiadanie konsolidacyjneTrudny
piasekglinaH = 9 m9 mpiasekzwierciadło wody gruntowej

W laboratoryjnym badaniu edometrycznym próbka gliny o grubości 25 mm, drenowana górą i dołem, osiąga 50% konsolidacji po 10 min. W terenie ta sama glina tworzy warstwę o miąższości 9 m. Leży między dwiema warstwami piasku, więc woda odpływa górą i dołem. Po ilu dniach t warstwa w terenie osiągnie 50% konsolidacji?

hlab = 25 mmtlab = 10 minH = 9 mteren: drenaż dwustronny
t = dni
17.Parcie hydrostatyczneŚredni
zasuwad = 4 mH = 2 m

Pionowa prostokątna zasuwa o szerokości 3 m znajduje się w ścianie zbiornika z cieczą (woda), z górną krawędzią 4 m pod powierzchnią. Wyznacz wypadkową siłę parcia hydrostatycznego F na zasuwę.

d = 4 mH = 2 mb = 3 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
18.Parcie hydrostatyczneTrudny
zasuwad = 4 mH = 2 m

Pionowa prostokątna zasuwa o szerokości 3 m znajduje się w ścianie zbiornika z cieczą (woda morska), z górną krawędzią 4 m pod powierzchnią. Wyznacz głębokość ycp środka parcia pod powierzchnią.

d = 4 mH = 2 mb = 3 mρ = 1025 kg/m³g = 9,81 m/s²
ycp = m
19.Tarcie w rurach i straty wysokościŚredni
V = 2,9 m/sD = 100 mmL = 100 mf = 0,015

Woda płynie z prędkością średnią 2,9 m/s przez rurę o długości 100 m i średnicy wewnętrznej 100 mm. Przyjmij współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,015 i g = 9,81 m/s². Wyznacz stratę wysokości na tarcie hf.

V = 2,9 m/sL = 100 mD = 100 mmf = 0,015g = 9,81 m/s²
hf = m
20.Tarcie w rurach i straty wysokościTrudny
K = 2swobodny wypływH = ?L = 200 m, D = 250 mm, f = 0,0152× kolano (K = 0,3)

Rura o długości 200 m i średnicy wewnętrznej 250 mm (współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,015) 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 80 L/s?

Q = 80 L/sL = 200 mD = 250 mmf = 0,015Kentrance = 0,5Kbend = 0,3 (×2)Kvalve = 2
H = m
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Średni
D = 900 mmn = 0,013, S = 0,002

Betonowy kanał deszczowy o średnicy wewnętrznej 900 mm jest wypełniony do połowy. Współczynnik Manninga n = 0,013, a spadek S = 0,002. Wyznacz natężenie przepływu Q w m³/s.

D = 900 mmn = 0,013S = 0,002
Q = m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Trudny
D = 250 mmn = 0,013, V = 0,9 m/s

Betonowy kanał ściekowy o średnicy wewnętrznej 250 mm (współczynnik Manninga n = 0,013) musi przy całkowitym wypełnieniu osiągnąć prędkość samooczyszczania 0,9 m/s. Wyznacz minimalny spadek S (w m/m).

D = 250 mmn = 0,013V = 0,9 m/s
S = m/m
23.Pompy i moc pompŚredni
PQ = 80 L/sH = 26 m

Podczas próby pompa tłoczy 80 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) przy wysokości podnoszenia 26 m, a jej wał pobiera 24,9 kW. Przyjmij g = 9,81 m/s². Wyznacz sprawność pompy η w procentach.

Q = 80 L/sH = 26 mPshaft = 24,9 kWg = 9,81 m/s²
η = %
24.Pompy i moc pompTrudny
PQ = 80 L/sΔz = 32 mL = 500 m, D = 200 mm, f = 0,022, ΣK = 8

Pompa przetłacza 80 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) z otwartego dolnego zbiornika do górnego zbiornika, którego zwierciadło wody leży 32 m wyżej. Rura ma długość 500 m, średnicę wewnętrzną 200 mm i współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,022; współczynniki strat miejscowych sumują się do ΣK = 8 (łącznie z wlotem i wylotem). Przyjmij g = 9,81 m/s². Sprawność pompy wynosi 72%. Wyznacz moc na wale Pshaft w kW.

Q = 80 L/sΔz = 32 mL = 500 mD = 200 mmf = 0,022ΣK = 8η = 72%
Pshaft = kW
25.Wartość pieniądza w czasieŚredni
lata0123…18€1 000FV = ?

Inwestujesz €1 000 przy stopie 4 % rocznie z kapitalizacją ciągłą. Wyznacz wartość FV po 18 latach.

PV = €1 000r = 4%t = 18
FV = €
26.Wartość pieniądza w czasieTrudny
miesiące0123…252€200€200€200FV = ?

Odkładasz €200 na koniec każdego miesiąca przez 21 lat. Konto daje 3 % rocznie z miesięczną kapitalizacją. Ile uzbierasz na koniec? Wyznacz FV.

A = €2003% / 12N = 252
FV = €
27.NPV i IRRŚredni
lata0123−20 0008 0009 0009 000

Inwestycja €20 000 daje na koniec lat od 1 do 3 takie przepływy: €8 000, €9 000, €9 000. Koszt kapitału wynosi 6 %. Wyznacz wartość bieżącą netto NPV.

r = 6%CF0 = −20 000CF1 = 8 000CF2 = 9 000CF3 = 9 000
NPV = €
28.NPV i IRRTrudny
lata0123−25 00017 50016 00018 500

Projekt kosztuje €25 000 i przynosi €17 500, €16 000, €18 500 na koniec lat od 1 do 3. Wyznacz jego wewnętrzną stopę zwrotu IRR w procentach.

CF0 = −25 000CF1 = 17 500CF2 = 16 000CF3 = 18 500
IRR = %
29.Rozkład normalnyŚredni
−3−2−10123zzacieniowane pole między −z a z = 0,2434

Przeciągnij z tak, aby zacieniowane pole między −z a z pod standardową krzywą normalną wynosiło 0,2434. Znajdź z z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku.

A = 0,2434
z =
30.Rozkład normalnyTrudny
0,04 mm0D − d?

Średnice otworów D mają rozkład normalny ze średnią 25,04 mm i odchyleniem standardowym 0,015 mm. Średnice wałów d są niezależne i mają rozkład normalny ze średnią 25 mm i odchyleniem standardowym 0,01 mm. Losowo wybrany wał pasuje, gdy D − d > 0. Wyznacz prawdopodobieństwo P, że pasuje. Zaokrąglij z do dwóch miejsc po przecinku.

otwór: μ = 25,04 mm, σ = 0,015 mmwał: μ = 25 mm, σ = 0,01 mm
P =

3Roztwory

1.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: RA = 63 kN

Równowaga wspornika: utwierdzenie może pchać w górę i również przeciwdziałać obrotowi, więc daje reakcję pionową RA i moment utwierdzenia MA. ΣFy = 0 daje RA, a momenty względem ściany dają MA = Σ(obciążenie × odległość od ściany). Obciążenie ciągłe działa jak jego wypadkowa w środku ciężkości wykresu obciążenia.

Wypadkowa obciążenia ciągłego

W = 8·6 = 48 kN, x̄ = 3 m

Równowaga sił pionowych

RA = P + W = 15 + 48 = 63 kN

Odpowiedź

RA = 63 kN
2.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: α = 58,21 °

Równowaga statyczna: ciało w spoczynku spełnia ΣFx = 0, ΣFy = 0 i ΣM = 0 względem dowolnego punktu. Zastąp każde obciążenie ciągłe jego wypadkową (polem wykresu obciążenia) przyłożoną w środku ciężkości wykresu obciążenia i licz momenty względem podpory, aby usunąć z równania reakcję tej podpory.

Składowe P

Pv = 25·sin 50° = 19,15 kN
Ph = 25·cos 50° = 16,07 kN

Reakcje

ΣMA = 0: RB·8 = 19,15·5 + 25·2 → RB = 18,22 kN
Ay = 19,15 + 25 − 18,22 = 25,93 kN
Ax = Ph = 16,07 kN

Kierunek w A

α = atan(Ay/Ax) = atan(25,93/16,07) = 58,21°

Odpowiedź

α = 58,21°
3.Kratownica: równoważenie węzłów

Odpowiedź: pręt BF

Pręty zerowe: w węźle siły muszą się równoważyć w każdym kierunku. Jeśli węzeł nie ma obciążenia ani podpory, a dwa z trzech jego prętów leżą na jednej prostej, to równowaga w kierunku prostopadłym do tej prostej dotyczy tylko trzeciego pręta, więc jego siła jest równa zeru. Jeśli w nieobciążonym węźle schodzą się tylko dwa pręty i nie leżą na jednej prostej, oba są zerowe.

Węzeł B

AB i BC leżą na jednej prostej, a węzeł nie jest obciążony. Równowaga sił w poprzek tej prostej dotyczy tylko BF.

ΣF⊥ = 0 → FBF = 0

Sprawdź metodą węzłów

Rozwiązanie wszystkich węzłów daje takie siły w prętach (T = rozciąganie, C = ściskanie).

AB: 48,75 kN (T), BC: 48,75 kN (T), CD: 36,25 kN (T), DE: 36,25 kN (T), FG: 62,5 kN (C), GH: 62,5 kN (C), AF: 68,94 kN (C), HE: 51,27 kN (C), BF: 0, CG: 40 kN (C), DH: 10 kN (T), FC: 19,45 kN (T), HC: 37,12 kN (T)

Odpowiedź

Pręt zerowy: BF
4.Kratownica: równoważenie węzłów

Odpowiedź: FAB = −49,5 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.

ABBCACACB55 kN25 kNAy​Cy​Ax​

Reakcje podpór

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

ΣMA = 0: Cy·8 = 55·2 + 25·2 → Cy = 20 kN
ΣFy = 0: Ay = 55 − 20 = 35 kN
ΣFx = 0: Ax = −25 kN

Węzeł A

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

sin α = 2/2,828 = 0,7071
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −35/0,7071 = −49,5 kN

Odpowiedź

FAB = −49,5 kN (ściskanie)
5.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: D (x = 3 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 = 17,5 kN, R2 = 7,5 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 = 17,5, MC = 20, MD = 22,5 kN·m, ME = 15, MF = 7,5, MG = 0

Odpowiedź

Punkt D: MD = 22,5 kN·m
6.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: Mx = 39 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.

Reakcje podpór

Równowaga całej belki.

Wypadkowa obciążenia ciągłego: W = w·ℓ = 8·5 = 40 kN, przyłożona w x̄ = 2,5 m
ΣMA = 0: RB·5 = 20·2 + 8·5·2,5
RB = 140/5 = 28 kN
ΣFy = 0: RA = 60 − 28 = 32 kN
w = 8 kN/mP = 20 kNABRA​ = 32RB​ = 28przekrój1,5 m0,5 m3 m

Przetnij w x = 1,5 m i zostaw lewą część

Uwzględniasz tylko siły na lewo od przekroju. Fragment obciążenia ciągłego działa jak jedna siła w środku tego fragmentu.

M = RA·x − (każde obciążenie na lewo od przekroju × jego odległość od przekroju)
Mx = 32·1,5 − 8·1,5·0,75 = 39 kN·m

Odpowiedź

Mx = 39 kN·m
7.Ugięcie belki

Odpowiedź: δP = 10,94 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 = 13000 N, a = 1000 mm, L = 2000 mm
EI = 3,96 × 10¹¹ N·mm²

Ugięcie pod siłą

δP = Pa³/(3EI) = 13000·1000³/(3·3,96 × 10¹¹) = 10,94 mm

Odpowiedź

δP = 10,94 mm
8.Ugięcie belki

Odpowiedź: δmid = 4,334 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 = 4000 N, b = 2500 mm, L = 6000 mm
EI = 3,99 × 10¹² N·mm²

Ugięcie w środku rozpiętości

δmid = Pb(3L² − 4b²)/(48EI) = 4000·2500·(3·6000² − 4·2500²)/(48·3,99 × 10¹²) = 4,334 mm

Odpowiedź

δmid = 4,334 mm
9.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: Pcr = 9,914 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

Prostokąt wybocza się względem słabszej osi, z mniejszym wymiarem do sześcianu.

Imin = h·b³/12 = 50·30³/12 = 112500 mm⁴

Długość wyboczeniowa

KL = 0,7·4000 = 2800 mm

Siła krytyczna

Pcr = π²EI/(KL)² = π²·70000·112500/2800² = 9914 N = 9,914 kN

Odpowiedź

Pcr = 9,914 kN
10.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: d = 114,5 mm

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.

Wymagana siła krytyczna

Pcr = n·P = 3·110000 = 330000 N
KL = 0,7·6000 = 4200 mm

Wyznacz średnicę

d = (64·n·P·(KL)²/(π³E))^(1/4) = (64·330000·4200²/(π³·70000))^(1/4) = 114,5 mm

Odpowiedź

d = 114,5 mm

Sprawdzenie: smukłość KL/r wynosi 146,8, więc słup jest smukły i wzór Eulera obowiązuje.

11.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: Ix = 168,2 × 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 = (36000·120 − 2827·84)/(36000 − 2827) = 123,1 mm

Pełna płyta względem ȳ

150·240³/12 + 36000·−3,068² = 173,1 × 10⁶ mm⁴

Otwór względem ȳ

π·60⁴/64 + 2827·−39,07² = 4,952 × 10⁶ mm⁴

Odejmij

Ix = 168,2 × 10⁶ mm⁴

Odpowiedź

Ix = 168,2 × 10⁶ mm⁴
12.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: σgóra = 75,14 MPa

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 dwa prostokąty

Mierz każde y od dolnej krawędzi.

półka: Af = 300·20 = 6000 mm², yf = 180 + 20/2 = 190 mm
środnik: Aw = 18·180 = 3240 mm², yw = 180/2 = 90 mm

Środek ciężkości

ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (6000·190 + 3240·90)/9240 = 154,9 mm

Twierdzenie Steinera

półka: 300·20³/12 + 6000·(190 − 154,9)² = 7,577 × 10⁶ mm⁴
środnik: 18·180³/12 + 3240·(90 − 154,9)² = 2,241 × 10⁷ mm⁴
Ix = 7,577 × 10⁶ + 2,241 × 10⁷ = 2,999 × 10⁷ mm⁴

Naprężenie od zginania

Górna krawędź jest w odległości h − ȳ od osi.

y = 200 − 154,9 = 45,06 mm
σ = M·y/I = 5 × 10⁷·45,06/2,999 × 10⁷ = 75,14 MPa

Odpowiedź

σgóra = 75,14 MPa
13.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: σ = 77,5 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) = 16·1 + 20,5·3 = 77,5 kPa

Odpowiedź

σ = 77,5 kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: σ′ = 66,76 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·2 + γsat,sand·2 + γsat,clay·2
σ = 15,5·2 + 20·2 + 17,5·2 = 106 kPa

Ciśnienie wody w porach

Ciśnienie wody rośnie z głębokością poniżej zwierciadła.

u = γw·(z − zw) = 9,81·4 = 39,24 kPa

Naprężenie efektywne

σ′ = σ − u = 106 − 39,24 = 66,76 kPa

Odpowiedź

σ′ = 66,76 kPa
15.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: S = 5,203 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.

Porównaj z naprężeniem prekonsolidacji

σ′f = 100 + 15 = 115 kPa ≤ 130 kPa

Osiadanie

Glina pozostaje na linii ponownego ściskania.

S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0) = 0,03·6/(1 + 1,1)·log₁₀(115/100) = 5,203 mm

Odpowiedź

S = 5,203 mm
16.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: t = 900 dni

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.

Drogi filtracji

Hdr,lab = 25/2 = 12,5 mm = 0,0125 m
Hdr,field = 9/2 = 4,5 m

Przeskaluj czas

t = Tv·Hdr²/cv z tymi samymi T_v i cv w laboratorium i w terenie.

tfield = 10·(4,5/0,0125)² = 1,296 × 10⁶ min
tfield = 1,296 × 10⁶/1440 = 900 dni

Odpowiedź

t = 900 dni
17.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: F = 294,3 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 = 4 + 2/2 = 5 m
A = H·b = 2·3 = 6 m²
zasuwad = 4 mH = 2 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·5·6 = 294,3 kN

Odpowiedź

F = 294,3 kN
18.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: ycp = 5,067 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 = 4 + 2/2 = 5 m
A = H·b = 2·3 = 6 m²
zasuwad = 4 mH = 2 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 1025·9,81·5·6 = 301,7 kN

Środek parcia

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

Ic = b·H³/12 = 3·2³/12 = 2 m⁴
ycp = yc + Ic/(yc·A) = 5 + 2/(5·6) = 5,067 m

Odpowiedź

ycp = 5,067 m
19.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: hf = 6,43 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.

Wysokość prędkości

V²/(2g) = 2,9²/(2·9,81) = 0,4286 m

Darcy–Weisbach

hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,015·(100/0,1)·2,9²/(2·9,81) = 6,43 m

Odpowiedź

hf = 6,43 m
20.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: H = 2,18 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 = 0,08/0,04909 = 1,63 m/s
V²/(2g) = 0,1354 m

Współczynniki strat

f·L/D = 0,015·200/0,25 = 12
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 + 12 + 3,1)·0,1354 = 2,18 m

Odpowiedź

H = 2,18 m
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: Q = 0,4048 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)·0,2252/3·0,0021/2 = 1,273 m/s

Natężenie przepływu

Q = A·V = 0,3181·1,273 = 0,4048 m³/s

Odpowiedź

Q = 0,4048 m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: S = 0,005519 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.

Promień hydrauliczny

R = D/4 = 0,25/4 = 0,0625 m

Wyznacz S ze wzoru Manninga

S = (n·V/R2/3)² = (0,013·0,9/0,1575)² = 0,005519

Odpowiedź

S = 0,005519

To spadek o 5,519 m na kilometr.

23.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: η = 81,95 %

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 = 1000·9,81·0,08·26 = 20,4 kW

Sprawność

η = Ph/Pshaft = 20,4/24,9 = 81,95%

Odpowiedź

η = 81,95%
24.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: Pshaft = 57,58 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 = 0,08/0,03142 = 2,546 m/s
V²/(2g) = 0,3305 m

Straty wysokości

hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (55 + 8)·0,3305 = 20,82 m

Wysokość podnoszenia pompy

H = Δz + hL = 32 + 20,82 = 52,82 m

Moc na wale

Pshaft = ρ·g·Q·H/η = 1000·9,81·0,08·52,82/0,72 = 57,58 kW

Odpowiedź

Pshaft = 57,58 kW
25.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: FV = 2054 €

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.

Wykładnik

r·t = 0,04·18 = 0,72
e0,72 = 2,054

Wartość przyszła

FV = 1 000·2,054 = €2 054,43

Odpowiedź

FV = €2 054,43
26.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: FV = 70091 €

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 = 0,03/12 = 0,0025
N = 12·21 = 252

Wartość przyszła wpłat

FV = A·((1 + i)N − 1)/i = 200·(1,876 − 1)/0,0025 = €70 090,80

Odpowiedź

FV = €70 090,80

Sam wpłaciłeś €50 400; reszta to odsetki.

27.NPV i IRR

Odpowiedź: NPV = 3114 €

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 każdego przepływu

CF0 = −20 000
CF1/(1 + 0,06)1 = 8 000/1,06 = 7 547,17
CF2/(1 + 0,06)2 = 9 000/1,124 = 8 009,97
CF3/(1 + 0,06)3 = 9 000/1,191 = 7 556,57

Zsumuj

NPV = €3 113,71

Odpowiedź

NPV = €3 113,71

NPV jest dodatnia, więc projekt zarabia więcej niż wymagana stopa zwrotu.

28.NPV i IRR

Odpowiedź: IRR = 47,44 %

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(45%) = 747,26
NPV(50%) = −740,74

Zawężaj

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

IRR ≈ 45 + 5·747,26/(747,26 − (−740,74)) = 47,51%
dokładnie: NPV(47,44%) = 0 → IRR = 47,44%

Odpowiedź

IRR = 47,44%
29.Rozkład normalny

Odpowiedź: z = 0,31

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 na lewo od z

Φ(z) = (1 + 0,2434)/2 = 0,6217

Czytaj tablicę z wstecz

Znajdź 0,6217 wewnątrz tablicy i odczytaj z.

z = 0,31

Odpowiedź

z = 0,31
30.Rozkład normalny

Odpowiedź: P = 0,9868

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 różnicy

μ = 25,04 − 25 = 0,04 mm, σ = 0,01803 mm

Standaryzuj

z = (0 − 0,04)/0,01803 = −2,22

Prawdopodobieństwo

P = 1 − Φ(−2,22) = 0,9868

Odpowiedź

P = 0,9868

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