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​ = 60 kNP2​ = 25 kNABRA​ = ?RB​2,5 m0,5 m1 m

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

L = 4 mP1 = 60 kN w 2,5 mP2 = 25 kN w 3 m
RA = kN
2.Reakcje podpór belekTrudny
w = 10 kN/mP = 20 kNABRA​ = ?RB​3 m0,5 m1,5 m

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

L = 5 mP = 20 kN w 3,5 mw = 10 kN/m od 3 do 5 m
RA = kN
3.Kratownica: równoważenie węzłówŚredni
ABBCACACB25 kN8 m7 m4 m

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

rozpiętość = 8 mwysokość = 4 mB jest 7 m od Aobciążenie pionowe = 25 kN
FBC = kN
4.Kratownica: równoważenie węzłówTrudny
ABBCACACB60 kN5 kN4 m3 m4 m

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

rozpiętość = 4 mwysokość = 4 mB jest 3 m od Aobciążenie pionowe = 60 kNobciążenie poziome = 5 kN →
FAC = kN
5.Siła tnąca i moment zginającyŚredni
w = 12 kN/mP = 55 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 = 55 kN w 2 mw = 12 kN/m od 0 do 2 m
MA = kN·m
6.Siła tnąca i moment zginającyTrudny
w = 2 kN/mP = 55 kNABprzekrój7 m1 m

Wyznacz moment zginający Mx w przekroju x = 7 m od podpory A. Przyjmij dodatnie momenty rozciągające dolne włókna i dodatnią siłę tnącą skierowaną w górę na lewej ściance.

L = 8 mP = 55 kN w 7 mw = 2 kN/m od 0 do 8 mx = 7 m
Mx = kN·m
7.Ugięcie belkiŚredni
w = 8 kN/mδL = 3 m

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

w = 8 kN/mL = 3 mE = 70 GPa (aluminium)I = 23 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
8.Ugięcie belkiTrudny
w = 12 kN/mδL = 5 m

Belka swobodnie podparta przenosi obciążenie równomiernie rozłożone w. Jej ugięcie nie może przekroczyć rozpiętość/360. Wyznacz najmniejszy moment bezwładności Ireq, który spełnia ten warunek.

w = 12 kN/mL = 5 mE = 200 GPa (stal)
Ireq = × 10⁶ mm⁴
9.Wyboczenie słupówŚredni
PL = 6 m25 × 80 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 = 6 mE = 70 GPa (aluminium)b × h = 25 × 80 mm
Pcr = kN
10.Wyboczenie słupówTrudny
P = 105 kNL = 6 md = ?przekrój poprzeczny

Pełny słup okrągły o długości L z materiału (aluminium) jest utwierdzony u podstawy i wolny u góry. Ma przenieść 105 kN przy współczynniku bezpieczeństwa 2,5 względem wyboczenia. Wyznacz najmniejszą średnicę d.

P = 105 kNn = 2,5L = 6 mE = 70 GPa (aluminium)
d = mm
11.Środek ciężkości i moment bezwładnościŚredni
150 mm240 mm168 mmØ50xIx​ = ?

Płyta 150 mm × 240 mm ma okrągły otwór o średnicy 50 mm na pionowej osi symetrii, ze środkiem 168 mm nad dolną krawędzią. Wyznacz moment bezwładności przekroju Ix względem osi poziomej przechodzącej przez środek ciężkości.

b = 150 mmh = 240 mmd = 50 mmśrodek otworu: y = 168 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Środek ciężkości i moment bezwładnościTrudny
1602022020xM = 20 kN·mwymiary w mm

Przekrój teowy pracuje jako belka z półką u góry i przenosi dodatni moment zginający 20 kN·m. Wyznacz naprężenie od zginania σdół na dolnej krawędzi.

bf = 160 mmtf = 20 mmtw = 20 mmhw = 220 mmM = 20 kN·m
σdół = MPa
13.Naprężenie efektywne w gruncieŚredni
piasekγd​ = 16 kN/m³γsat​ = 18,5 kN/m³14 mzwierciadło wody gruntowejXz = 12 m

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

z = 12 mzw = 1 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 16 kN/m³piasek: γsat = 18,5 kN/m³
σ′ = kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncieTrudny
piasekγd​ = 15 kN/m³γsat​ = 18,5 kN/m³3 mglinaγsat​ = 17 kN/m³7 mzwierciadło wody gruntowejXz = 6,5 m

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

z = 6,5 mzw = 2 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 15 kN/m³piasek: γsat = 18,5 kN/m³glina: γsat = 17 kN/m³
σ′ = kPa
15.Osiadanie konsolidacyjneŚredni
Δσ = 80 kPapiasekglinaCc​ = 0,25, Cr​ = 0,02e0​ = 0,8σ′0​ = 70 kPaσ′p​ = 100 kPa4 mzwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny prekonsolidowanej o miąższości 4 m ma Cc = 0,25, Cr = 0,02 i e₀ = 0,8. W połowie jej głębokości efektywne naprężenie pionowe wynosi 70 kPa i naprężenie prekonsolidacji wynosi 100 kPa. Nowy budynek zwiększa naprężenie pionowe w połowie głębokości o 80 kPa. Wyznacz osiadanie konsolidacyjne pierwotne S w mm.

H = 4 mCc = 0,25Cr = 0,02e0 = 0,8σ′0 = 70 kPaσ′p = 100 kPaΔσ = 80 kPa
S = mm
16.Osiadanie konsolidacyjneTrudny
piasekglinaH = 4 mcv​ = 3 m²/rok4 mpiasekzwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny o miąższości 4 m ma współczynnik konsolidacji cv = 3 m²/rok. Leży między dwiema warstwami piasku, więc woda odpływa górą i dołem. Dla średniego stopnia konsolidacji 80% czynnik czasu wynosi Tv = 0,567. Po ilu latach t warstwa osiągnie 80% konsolidacji?

H = 4 mcv = 3 m²/rokU = 80%Tv = 0,567drenaż dwustronny
t = lata
17.Parcie hydrostatyczneŚredni
zasuwad = 1 mH = 3 m

Pionowa prostokątna zasuwa o szerokości 3 m znajduje się w ścianie zbiornika z cieczą (woda), z górną krawędzią 1 m pod powierzchnią. Wyznacz wypadkową siłę parcia hydrostatycznego F na zasuwę.

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

Pionowa prostokątna zasuwa o szerokości 2 m znajduje się w ścianie zbiornika z cieczą (woda morska), z górną krawędzią 1,5 m pod powierzchnią. Wyznacz wypadkową siłę parcia hydrostatycznego F na zasuwę.

d = 1,5 mH = 1 mb = 2 mρ = 1025 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
19.Tarcie w rurach i straty wysokościŚredni
V = 2,7 m/sD = 100 mmL = 500 mf = 0,02

Woda (ρ = 1000 kg/m³) płynie z prędkością 2,7 m/s przez poziomą rurę o długości 500 m i średnicy wewnętrznej 100 mm. Przyjmij współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,02 i g = 9,81 m/s². Wyznacz spadek ciśnienia Δp na rurze w kPa.

V = 2,7 m/sL = 500 mD = 100 mmf = 0,02ρ = 1000 kg/m³
Δp = kPa
20.Tarcie w rurach i straty wysokościTrudny
K = 2swobodny wypływH = ?L = 200 m, D = 300 mm, f = 0,0222× kolano (K = 0,3)

Rura o długości 200 m i średnicy wewnętrznej 300 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 75 L/s?

Q = 75 L/sL = 200 mD = 300 mmf = 0,022Kentrance = 0,5Kbend = 0,3 (×2)Kvalve = 2
H = m
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Średni
b = 2 my = 1,3 m3 : 1n = 0,025, S = 0,003

Trapezowy kanał (żwir) ma szerokość dna 2 m i nachylenie skarp 3:1 (poziomo:pionowo). Woda płynie ruchem jednostajnym na głębokości 1,3 m. Współczynnik Manninga n = 0,025, a spadek dna S = 0,003. Wyznacz natężenie przepływu Q w m³/s.

b = 2 my = 1,3 mz = 3n = 0,025S = 0,003
Q = m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Trudny
b = 4 my = 1,4 m1,5 : 1n = 0,03, Q = 19 m³/s

Trapezowy kanał (grunt porośnięty trawą) o szerokości dna 4 m i nachyleniu skarp 1,5:1 (poziomo:pionowo) ma przeprowadzić 19 m³/s w przepływie jednostajnym przy głębokości 1,4 m. Współczynnik Manninga n = 0,03. Wyznacz wymagany spadek dna S (w m/m).

Q = 19 m³/sb = 4 my = 1,4 mz = 1,5n = 0,03
S = m/m
23.Pompy i moc pompŚredni
PQ = 30 L/sH = 72 m

Pompa tłoczy 30 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) przy wysokości podnoszenia 72 m. Sprawność pompy wynosi 75%, a napędzającego ją silnika elektrycznego 95%. Przyjmij g = 9,81 m/s². Wyznacz moc elektryczną Pel pobieraną przez silnik, w kW.

Q = 30 L/sH = 72 mηpump = 75%ηmotor = 95%g = 9,81 m/s²
Pel = kW
24.Pompy i moc pompTrudny
PQ = 80 L/sΔz = 18 mL = 150 m, D = 250 mm, f = 0,02, ΣK = 8

Pompa przetłacza 80 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) z otwartego dolnego zbiornika do górnego zbiornika, którego zwierciadło wody leży 18 m wyżej. Rura ma długość 150 m, średnicę wewnętrzną 250 mm i współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,02; współczynniki strat miejscowych sumują się do ΣK = 8 (łącznie z wlotem i wylotem). Przyjmij g = 9,81 m/s². Wyznacz wysokość podnoszenia H, którą musi zapewnić pompa.

Q = 80 L/sΔz = 18 mL = 150 mD = 250 mmf = 0,02ΣK = 8
H = m
25.Wartość pieniądza w czasieŚredni
lata0123…8PV = ?€20 000

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

FV = €20 0004% / 4n = 8
PV = €
26.Wartość pieniądza w czasieTrudny
miesiące01…144…240€200 000AB = ?A3,6% / 12

Kredyt hipoteczny €200 000 jest spłacany w równych ratach miesięcznych przez 20 lat przy 3,6 % rocznie z kapitalizacją miesięczną. Ile pozostaje do spłaty tuż po racie na koniec roku 12? Wyznacz saldo zadłużenia B.

P = €200 0003,6% / 12N = 240k = 144
B = €
27.NPV i IRRŚredni
lata0123−45 00022 00019 00015 000

Inwestycja €45 000 daje na koniec lat od 1 do 3 takie przepływy: €22 000, €19 000, €15 000. Koszt kapitału wynosi 12 %. Wyznacz wartość bieżącą netto NPV.

r = 12%CF0 = −45 000CF1 = 22 000CF2 = 19 000CF3 = 15 000
NPV = €
28.NPV i IRRTrudny
lata012−10 0006 5006 000

Projekt kosztuje €10 000 i przynosi €6 500, €6 000 na koniec lat od 1 do 2. Wyznacz jego wewnętrzną stopę zwrotu IRR w procentach.

CF0 = −10 000CF1 = 6 500CF2 = 6 000
IRR = %
29.Rozkład normalnyŚredni
−3−2−10123zzacieniowane pole na prawo od z = 0,9418

Przeciągnij z tak, aby zacieniowane pole pod standardową krzywą normalną, na prawo od z, wynosiło 0,9418. Znajdź z z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku.

A = 0,9418
z =
30.Rozkład normalnyTrudny
0,03 mm0D − d?

Średnice otworów D mają rozkład normalny ze średnią 25,03 mm i odchyleniem standardowym 0,02 mm. Średnice wałów d są niezależne i mają rozkład normalny ze średnią 25 mm i odchyleniem standardowym 0,02 mm. Losowo wybrany wał pasuje, gdy D − d > 0. Wyznacz prawdopodobieństwo P, że pasuje. Zaokrąglij z do dwóch miejsc po przecinku.

otwór: μ = 25,03 mm, σ = 0,02 mmwał: μ = 25 mm, σ = 0,02 mm
P =

3Roztwory

1.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: RA = 28,75 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​ = 60 kNP2​ = 25 kNABRA​RB​2,5 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·4 = 60·2,5 + 25·3
RB = 225/4 = 56,25 kN
ΣFy = 0: RA = 85 − 56,25 = 28,75 kN

Odpowiedź

RA = 28,75 kN
2.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: RA = 10 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 = 10 kN/mP = 20 kNABRA​RB​3 m0,5 m1,5 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 = 10·2 = 20 kN, przyłożona w x̄ = 4 m
ΣMA = 0: RB·5 = 20·3,5 + 10·2·4
RB = 150/5 = 30 kN
ΣFy = 0: RA = 40 − 30 = 10 kN

Odpowiedź

RA = 10 kN
3.Kratownica: równoważenie węzłów

Odpowiedź: FBC = −22,55 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.

ABBCACACB25 kNAy​Cy​

Reakcje podpór

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

ΣMA = 0: Cy·8 = 25·7 → Cy = 21,88 kN
ΣFy = 0: Ay = 25 − 21,88 = 3,125 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 = 4/4,123 = 0,9701, cos γ = 1/4,123 = 0,2425
ΣFy = 0: Cy + FBC·sin γ = 0 → FBC = −21,88/0,9701 = −22,55 kN

Odpowiedź

FBC = −22,55 kN (ściskanie)
4.Kratownica: równoważenie węzłów

Odpowiedź: FAC = 12,5 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.

ABBCACACB60 kN5 kNAy​Cy​Ax​

Reakcje podpór

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

ΣMA = 0: Cy·4 = 60·3 + 5·4 → Cy = 50 kN
ΣFy = 0: Ay = 60 − 50 = 10 kN
ΣFx = 0: Ax = −5 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 = 4/4,123 = 0,9701, cos γ = 1/4,123 = 0,2425
ΣFy = 0: Cy + FBC·sin γ = 0 → FBC = −50/0,9701 = −51,54 kN
ΣFx = 0: −FAC − FBC·cos γ = 0 → FAC = −(−51,54)·0,2425 = 12,5 kN

Odpowiedź

FAC = 12,5 kN (rozciąganie)
5.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: MA = −134 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: −55·2 = −110 kN·m
w: −12·2²/2 = −24 kN·m
MA = −110 − 24 = −134 kN·m

Odpowiedź

MA = −134 kN·m

Wartość ujemna oznacza moment ujemny: rozciągane są górne włókna.

6.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: Mx = 55,13 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 = 2·8 = 16 kN, przyłożona w x̄ = 4 m
ΣMA = 0: RB·8 = 55·7 + 2·8·4
RB = 449/8 = 56,13 kN
ΣFy = 0: RA = 71 − 56,13 = 14,88 kN
w = 2 kN/mP = 55 kNABRA​ = 14,88RB​ = 56,13przekrój7 m1 m

Przetnij w x = 7 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 = 14,88·7 − 2·7·3,5 = 55,13 kN·m

Odpowiedź

Mx = 55,13 kN·m
7.Ugięcie belki

Odpowiedź: δmax = 5,241 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 = 8 N/mm, L = 3000 mm
EI = 1,61 × 10¹² N·mm²

Ugięcie

δmax = 5wL⁴/(384EI) = 5·8·3000⁴/(384·1,61 × 10¹²) = 5,241 mm

Odpowiedź

δmax = 5,241 mm
8.Ugięcie belki

Odpowiedź: Ireq = 35,16 × 10⁶ mm⁴

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).

Warunek ugięcia

δallow = L/360 = 5000/360 = 13,89 mm

Wymagany moment bezwładności

I = 5wL⁴/(384·E·δallow) = 5·12·5000⁴/(384·200000·13,89) = 3,516 × 10⁷ mm⁴
Ireq = 35,16 × 10⁶ mm⁴

Odpowiedź

Ireq = 35,16 × 10⁶ mm⁴
9.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: Pcr = 4,08 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 = 80·25³/12 = 104167 mm⁴

Długość wyboczeniowa

KL = 0,7·6000 = 4200 mm

Siła krytyczna

Pcr = π²EI/(KL)² = π²·70000·104167/4200² = 4080 N = 4,08 kN

Odpowiedź

Pcr = 4,08 kN
10.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: d = 182,7 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 = 2,5·105000 = 262500 N
KL = 2·6000 = 12000 mm

Wyznacz średnicę

d = (64·n·P·(KL)²/(π³E))^(1/4) = (64·262500·12000²/(π³·70000))^(1/4) = 182,7 mm

Odpowiedź

d = 182,7 mm

Sprawdzenie: smukłość KL/r wynosi 262,7, więc słup jest smukły i wzór Eulera obowiązuje.

11.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: Ix = 167,7 × 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 − 1963·168)/(36000 − 1963) = 117,2 mm

Pełna płyta względem ȳ

150·240³/12 + 36000·2,769² = 173,1 × 10⁶ mm⁴

Otwór względem ȳ

π·50⁴/64 + 1963·50,77² = 5,368 × 10⁶ mm⁴

Odejmij

Ix = 167,7 × 10⁶ mm⁴

Odpowiedź

Ix = 167,7 × 10⁶ mm⁴
12.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: σdół = 72,1 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 = 160·20 = 3200 mm², yf = 220 + 20/2 = 230 mm
środnik: Aw = 20·220 = 4400 mm², yw = 220/2 = 110 mm

Środek ciężkości

ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (3200·230 + 4400·110)/7600 = 160,5 mm

Twierdzenie Steinera

półka: 160·20³/12 + 3200·(230 − 160,5)² = 1,555 × 10⁷ mm⁴
środnik: 20·220³/12 + 4400·(110 − 160,5)² = 2,898 × 10⁷ mm⁴
Ix = 1,555 × 10⁷ + 2,898 × 10⁷ = 4,453 × 10⁷ mm⁴

Naprężenie od zginania

Dolna krawędź jest w odległości ȳ od osi.

y = 160,5 mm
σ = M·y/I = 2 × 10⁷·160,5/4,453 × 10⁷ = 72,1 MPa

Odpowiedź

σdół = 72,1 MPa
13.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: σ′ = 111,6 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 + 18,5·11 = 219,5 kPa

Ciśnienie wody w porach

Ciśnienie wody rośnie z głębokością poniżej zwierciadła.

u = γw·(z − zw) = 9,81·11 = 107,9 kPa

Naprężenie efektywne

σ′ = σ − u = 219,5 − 107,9 = 111,6 kPa

Odpowiedź

σ′ = 111,6 kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: σ′ = 63,85 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·1 + γsat,clay·3,5
σ = 15·2 + 18,5·1 + 17·3,5 = 108 kPa

Ciśnienie wody w porach

Ciśnienie wody rośnie z głębokością poniżej zwierciadła.

u = γw·(z − zw) = 9,81·4,5 = 44,15 kPa

Naprężenie efektywne

σ′ = σ − u = 108 − 44,15 = 63,85 kPa

Odpowiedź

σ′ = 63,85 kPa
15.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: S = 104,7 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 = 70 + 80 = 150 kPa > 100 kPa

Osiadanie

Ponowne ściskanie do σ′p, ściskanie pierwotne powyżej.

S = 0,02·4/(1 + 0,8)·log₁₀(100/70) + 0,25·4/(1 + 0,8)·log₁₀(150/100)
S = 6,885 + 97,83 = 104,7 mm

Odpowiedź

S = 104,7 mm
16.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: t = 0,756 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 = 4/2 = 2 m

Czas

t = Tv·Hdr²/cv = 0,567·2²/3 = 0,756 lata

Odpowiedź

t = 0,756 lata
17.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: F = 220,7 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 = 1 + 3/2 = 2,5 m
A = H·b = 3·3 = 9 m²
zasuwad = 1 mH = 3 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·2,5·9 = 220,7 kN

Odpowiedź

F = 220,7 kN
18.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: F = 40,22 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 = 1,5 + 1/2 = 2 m
A = H·b = 1·2 = 2 m²
zasuwad = 1,5 mH = 1 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 1025·9,81·2·2 = 40,22 kN

Odpowiedź

F = 40,22 kN
19.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: Δp = 364,5 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) = 0,02·(500/0,1)·2,7²/(2·9,81) = 37,16 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 = 1000·9,81·37,16 = 364500 Pa = 364,5 kPa

Odpowiedź

Δp = 364,5 kPa
20.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: H = 1,077 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 = 0,075/0,07069 = 1,061 m/s
V²/(2g) = 0,05738 m

Współczynniki strat

f·L/D = 0,022·200/0,3 = 14,67
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 + 14,67 + 3,1)·0,05738 = 1,077 m

Odpowiedź

H = 1,077 m
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: Q = 13,88 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 = (b + z·y)·y = (2 + 3·1,3)·1,3 = 7,67 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 2 + 2·1,3·√(1 + 3²) = 10,22 m
R = A/P = 0,7503 m

Prędkość

V = (1/0,025)·0,75032/3·0,0031/2 = 1,809 m/s

Natężenie przepływu

Q = A·V = 7,67·1,809 = 13,88 m³/s

Odpowiedź

Q = 13,88 m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: S = 0,004811 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 = (4 + 1,5·1,4)·1,4 = 8,54 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 4 + 2·1,4·√(1 + 1,5²) = 9,048 m
R = A/P = 0,9439 m

Wyznacz S ze wzoru Manninga

S1/2 = n·Q/(A·R2/3) = 0,03·19/(8,54·0,9622) = 0,06936
S = 0,06936² = 0,004811

Odpowiedź

S = 0,004811

To spadek o 4,811 m na kilometr.

23.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: Pel = 29,74 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 = 1000·9,81·0,03·72 = 21,19 kW

Moc na wale

Pshaft = 21,19/0,75 = 28,25 kW

Moc elektryczna

Pel = 28,25/0,95 = 29,74 kW

Odpowiedź

Pel = 29,74 kW
24.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: H = 20,71 m

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

Straty wysokości

hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (12 + 8)·0,1354 = 2,708 m

Wysokość podnoszenia pompy

Oba zwierciadła są otwarte i praktycznie w spoczynku, więc człony ciśnienia i prędkości znikają.

H = Δz + hL = 18 + 2,708 = 20,71 m

Odpowiedź

H = 20,71 m
25.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: PV = 14546 €

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 = 0,04/4 = 0,01
N = 4·8 = 32

Wartość bieżąca

PV = FV/(1 + i)N = 20 000/1,375 = €14 546,08

Odpowiedź

PV = €14 546,08
26.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: B = 97485 €

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.

Rata miesięczna

i = 0,003, N = 240
A = 200 000·0,003/(1 − (1 + 0,003)−240) = €1 170,22

Wartość bieżąca pozostałych rat

To, co pozostaje do spłaty, musi zostać dokładnie spłacone pozostałymi ratami.

N − k = 240 − 144 = 96
B = 1170·(1 − (1 + 0,003)−96)/0,003 = €97 485,46

Odpowiedź

B = €97 485,46
27.NPV i IRR

Odpowiedź: NPV = 466,2 €

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 = −45 000
CF1/(1 + 0,12)1 = 22 000/1,12 = 19 642,86
CF2/(1 + 0,12)2 = 19 000/1,254 = 15 146,68
CF3/(1 + 0,12)3 = 15 000/1,405 = 10 676,70

Zsumuj

NPV = €466,24

Odpowiedź

NPV = €466,24

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

28.NPV i IRR

Odpowiedź: IRR = 16,5 %

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(15%) = 189,04
NPV(20%) = −416,67

Zawężaj

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

IRR ≈ 15 + 5·189,04/(189,04 − (−416,67)) = 16,56%
dokładnie: NPV(16,5%) = 0 → IRR = 16,5%

Odpowiedź

IRR = 16,5%
29.Rozkład normalny

Odpowiedź: z = −1,57

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 − 0,9418 = 0,0582

Czytaj tablicę z wstecz

Znajdź 0,0582 wewnątrz tablicy i odczytaj z.

z = −1,57

Odpowiedź

z = −1,57
30.Rozkład normalny

Odpowiedź: P = 0,8554

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 = 25,03 − 25 = 0,03 mm, σ = 0,02828 mm

Standaryzuj

z = (0 − 0,03)/0,02828 = −1,06

Prawdopodobieństwo

P = 1 − Φ(−1,06) = 0,8554

Odpowiedź

P = 0,8554

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