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
P = 55 kNM = 20 kN·mABRA​ = ?4 m1 m5 m

Belka swobodnie podparta ma podporę nieprzesuwną w A i przesuwną w B. Przenosi siłę skupioną P w odległości 5 m od A i moment skupiony M działający przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, przyłożony w odległości 4 m od A. Wyznacz reakcję pionową RA, przyjmując zwrot w górę jako dodatni.

L = 10 mP = 55 kN w 5 mM = 20 kN·m (przeciwnie do ruchu wskazówek zegara) w 4 m
RA = kN
2.Reakcje podpór belekTrudny
w = 3 kN/mP = 20 kNABCRA​ = ?0,5 m1 m1 m1,5 m

Belka ma podporę nieprzesuwną w A i przesuwną w B, w odległości 2,5 m od A, i wystaje poza B aż do swobodnego końca C. Przenosi siłę skupioną P w odległości 0,5 m od A oraz obciążenie równomiernie rozłożone w od 1,5 m do swobodnego końca w 4 m. Wyznacz reakcję pionową RA, przyjmując zwrot w górę jako dodatni.

AB = 2,5 mAC = 4 mP = 20 kN w 0,5 mw = 3 kN/m od 1,5 do 4 m
RA = kN
3.Kratownica: równoważenie węzłówŚredni
ABBCACACB15 kN5 m3 m4 m

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

rozpiętość = 5 mwysokość = 4 mB jest 3 m od Aobciążenie pionowe = 15 kN
FBC = kN
4.Kratownica: równoważenie węzłówTrudny
ABBCACACB45 kN20 kN8 m2 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 2 m od Aobciążenie pionowe = 45 kNobciążenie poziome = 20 kN →
FBC = kN
5.Siła tnąca i moment zginającyŚredni
12 kN/m60 kNABCDEFG2 m2 m2 m2 m2 m2 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.

60 kN @ 6 m12 kN/m, 0–12 m
  1. 1A (x = 0 m)
  2. 2B (x = 2 m)
  3. 3C (x = 4 m)
  4. 4D (x = 6 m)
  5. 5E (x = 8 m)
  6. 6F (x = 10 m)
  7. 7G (x = 12 m)
6.Siła tnąca i moment zginającyTrudny
6 kN/m10 kN40 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 @ 6 m40 kN @ 1 m6 kN/m, 0–5 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
P = 8 kNABδ1 m1,5 m

Wspornik o długości L jest utwierdzony w A i przenosi siłę skupioną P w odległości a = 1 m od A. Wyznacz ugięcie δB swobodnego końca B.

P = 8 kNa = 1 mL = 2,5 mE = 70 GPa (aluminium)I = 57 × 10⁶ mm⁴
δB = mm
8.Ugięcie belkiTrudny
w = 15 kN/mδL = 2,5 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 = 15 kN/mL = 2,5 mE = 200 GPa (stal)
Ireq = × 10⁶ mm⁴
9.Wyboczenie słupówŚredni
PL = 2,5 md = 30 mmprzekrój poprzeczny

Słup o długości L z materiału (aluminium) jest przegubowo podparty na obu końcach. Korzystając ze wzoru Eulera, wyznacz jego siłę krytyczną Pcr.

L = 2,5 mE = 70 GPa (aluminium)d = 30 mm
Pcr = kN
10.Wyboczenie słupówTrudny
PL = 1,5 md = 20 mmprzekrój poprzeczny

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

L = 1,5 mE = 70 GPa (aluminium)d = 20 mm
σcr = MPa
11.Środek ciężkości i moment bezwładnościŚredni
260130t = 10xwymiary w mm

Ceownik leży otwartą stroną do góry: płaskownik podstawy o szerokości 260 mm z dwoma pionowymi ramionami, o całkowitej wysokości 130 mm. Podstawa i ramiona mają grubość 10 mm. Wyznacz jego moment bezwładności Ix względem poziomej osi x przechodzącej przez środek ciężkości.

b = 260 mmh = 130 mmt = 10 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Środek ciężkości i moment bezwładnościTrudny
120 mm150 mm90 mm50 × 20xIx​ = ?

Płyta 120 mm × 150 mm ma prostokątne wycięcie o szerokości 50 mm i wysokości 20 mm, umieszczone na pionowej osi symetrii, ze środkiem 90 mm nad dolną krawędzią. Wyznacz moment bezwładności przekroju Ix względem osi poziomej przechodzącej przez środek ciężkości.

b = 120 mmh = 150 mmwycięcie: 50 × 20 mmśrodek otworu: y = 90 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
13.Naprężenie efektywne w gruncieŚredni
piasekγd​ = 15 kN/m³γsat​ = 19,5 kN/m³13 mzwierciadło wody gruntowejXz = 7 m

Dla pokazanego profilu gruntu wyznacz ciśnienie wody w porach u w punkcie X.

z = 7 mzw = 3 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 15 kN/m³piasek: γsat = 19,5 kN/m³
u = kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncieTrudny
piasekγd​ = 16 kN/m³γsat​ = 20,5 kN/m³3 mglinaγsat​ = 18,5 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 = 16 kN/m³piasek: γsat = 20,5 kN/m³glina: γsat = 18,5 kN/m³
σ′ = kPa
15.Osiadanie konsolidacyjneŚredni
Δσ = 180 kPapiasekglinaCc​ = 0,5, Cr​ = 0,04e0​ = 0,65σ′0​ = 120 kPaσ′p​ = 180 kPa5,5 mzwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny prekonsolidowanej o miąższości 5,5 m ma Cc = 0,5, Cr = 0,04 i e₀ = 0,65. W połowie jej głębokości efektywne naprężenie pionowe wynosi 120 kPa i naprężenie prekonsolidacji wynosi 180 kPa. Nowy budynek zwiększa naprężenie pionowe w połowie głębokości o 180 kPa. Wyznacz osiadanie konsolidacyjne pierwotne S w mm.

H = 5,5 mCc = 0,5Cr = 0,04e0 = 0,65σ′0 = 120 kPaσ′p = 180 kPaΔσ = 180 kPa
S = mm
16.Osiadanie konsolidacyjneTrudny
piasekglinaH = 7,5 mcv​ = 4 m²/rok7,5 mpiasekzwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny o miąższości 7,5 m ma współczynnik konsolidacji cv = 4 m²/rok. Leży między dwiema warstwami piasku, więc woda odpływa górą i dołem. Dla średniego stopnia konsolidacji 60% czynnik czasu wynosi Tv = 0,287. Po ilu latach t warstwa osiągnie 60% konsolidacji?

H = 7,5 mcv = 4 m²/rokU = 60%Tv = 0,287drenaż dwustronny
t = lata
17.Parcie hydrostatyczneŚredni
zasuwad = 2 mH = 2 m

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

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

Pionowa prostokątna zasuwa o szerokości 3 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 = 3 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
19.Tarcie w rurach i straty wysokościŚredni
V = 1,1 m/sD = 200 mmL = 150 mf = 0,028

Woda płynie z prędkością średnią 1,1 m/s przez rurę o długości 150 m i średnicy wewnętrznej 200 mm. Przyjmij współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,028 i g = 9,81 m/s². Wyznacz stratę wysokości na tarcie hf.

V = 1,1 m/sL = 150 mD = 200 mmf = 0,028g = 9,81 m/s²
hf = m
20.Tarcie w rurach i straty wysokościTrudny
K = 5Δz = 12 mL = 100 m, D = 100 mm, f = 0,0223× kolano (K = 0,3)

Dwa otwarte zbiorniki są połączone rurą o długości 100 m, średnicy wewnętrznej 100 mm i współczynniku tarcia Darcy’ego f = 0,022. Zwierciadło wody w górnym zbiorniku leży 12 m wyżej niż w dolnym. Straty miejscowe to: wlot o ostrej krawędzi (K = 0,5), kolana w liczbie 3 (K = 0,3 każde), zawór (K = 5) i wylot do dolnego zbiornika (K = 1,0). Przyjmij g = 9,81 m/s². Wyznacz natężenie przepływu Q w L/s.

Δz = 12 mL = 100 mD = 100 mmf = 0,022Kentrance = 0,5Kbend = 0,3 (×3)Kvalve = 5Kexit = 1,0
Q = L/s
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Średni
b = 2,5 my = 1,7 mn = 0,012, S = 0,0008

Prostokątny kanał (wygładzony beton) ma szerokość 2,5 m. Woda płynie ruchem jednostajnym na głębokości 1,7 m. Współczynnik Manninga n = 0,012, a spadek dna S = 0,0008. Wyznacz natężenie przepływu Q w m³/s.

b = 2,5 my = 1,7 mn = 0,012S = 0,0008
Q = m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Trudny
D = 450 mmn = 0,013, V = 0,9 m/s

Betonowy kanał ściekowy o średnicy wewnętrznej 450 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 = 450 mmn = 0,013V = 0,9 m/s
S = m/m
23.Pompy i moc pompŚredni
PQ = 20 L/sH = 58 m

Pompa o sprawności 75% tłoczy 20 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) przy wysokości podnoszenia 58 m. Przyjmij g = 9,81 m/s². Wyznacz potrzebną moc na wale Pshaft, w kW.

Q = 20 L/sH = 58 mη = 75%g = 9,81 m/s²
Pshaft = kW
24.Pompy i moc pompTrudny
PQ = 75 L/sΔz = 6 mL = 100 m, D = 200 mm, f = 0,022, ΣK = 2

Pompa przetłacza 75 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) z otwartego dolnego zbiornika do górnego zbiornika, którego zwierciadło wody leży 6 m wyżej. Rura ma długość 100 m, średnicę wewnętrzną 200 mm i współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,022; współczynniki strat miejscowych sumują się do ΣK = 2 (łącznie z wlotem i wylotem). Przyjmij g = 9,81 m/s². Sprawność pompy wynosi 85%. Wyznacz moc na wale Pshaft w kW.

Q = 75 L/sΔz = 6 mL = 100 mD = 200 mmf = 0,022ΣK = 2η = 85%
Pshaft = kW
25.Wartość pieniądza w czasieŚredni
okresy01211 + EAR = ?15% / 2

Karta kredytowa ma nominalną stopę procentową 15 % rocznie z kapitalizacją półroczną. Wyznacz efektywną stopę roczną EAR w procentach.

r = 15%m = 2
EAR = %
26.Wartość pieniądza w czasieTrudny
lata0123…12€5 000€5 000€5 000FV = ?

Na początku każdego roku przez 12 lat wpłacasz €5 000, pierwszą wpłatę dziś. Konto jest oprocentowane 8 % rocznie. Ile jest na koncie na koniec roku 12? Wyznacz FV.

A = €5 000i = 8%n = 12
FV = €
27.NPV i IRRŚredni
lata0123…9−250 00010 000+4%+4%…r = 9%, NPV = ?

Projekt kosztuje dziś €250 000. Na koniec pierwszego roku przynosi €10 000, a potem przepływ rośnie o 4 % rocznie bez końca. Koszt kapitału wynosi 9 %. Wyznacz wartość bieżącą netto NPV.

C0 = €250 000CF1 = €10 000g = 4%r = 9%
NPV = €
28.NPV i IRRTrudny
lata01234−20 0007 0007 0008 5008 000

Projekt kosztuje €20 000 i przynosi €7 000, €7 000, €8 500, €8 000 na koniec lat od 1 do 4. Przepływy można reinwestować przy koszcie kapitału 12 %. Wyznacz zmodyfikowaną wewnętrzną stopę zwrotu MIRR w procentach.

r = 12%CF0 = −20 000CF1 = 7 000CF2 = 7 000CF3 = 8 500CF4 = 8 000
MIRR = %
29.Rozkład normalnyŚredni
−3−2−10123zzacieniowane pole na prawo od z = 0,0384

Przeciągnij z tak, aby zacieniowane pole pod standardową krzywą normalną, na prawo od z, wynosiło 0,0384. Znajdź z z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku.

A = 0,0384
z =
30.Rozkład normalnyTrudny
35455565758595pktdół 20%

Rozkład wyników egzaminu jest normalny ze średnią 65 pkt i odchyleniem standardowym 10 pkt. Przeciągnij wartość graniczną tak, aby zacieniowane dolne 20% leżało na lewo od niej. Znajdź wartość graniczną x.

μ = 65 pktσ = 10 pkt20%
x = pkt

3Roztwory

1.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: RA = 29,5 kN

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.

Momenty względem A

Przeciwnie do ruchu wskazówek zegara dodatnio.

ΣMA = 0: RB·10 − 55·5 + 20 = 0
RB = 255/10 = 25,5 kN

Równowaga sił pionowych

RA = 55 − 25,5 = 29,5 kN

Odpowiedź

RA = 29,5 kN

Ujemna reakcja działa w dół.

2.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: RA = 15,25 kN

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.

Wypadkowa obciążenia ciągłego

W = 3·2,5 = 7,5 kN, x̄ = (1,5 + 4)/2 = 2,75 m

Równowaga

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

ΣMA = 0: RB·2,5 = 20·0,5 + 7,5·2,75
RB = 30,63/2,5 = 12,25 kN
RA = 27,5 − 12,25 = 15,25 kN

Odpowiedź

RA = 15,25 kN
3.Kratownica: równoważenie węzłów

Odpowiedź: FBC = −10,06 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 kNAy​Cy​

Reakcje podpór

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

ΣMA = 0: Cy·5 = 15·3 → Cy = 9 kN
ΣFy = 0: Ay = 15 − 9 = 6 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 = 4/4,472 = 0,8944, cos γ = 2/4,472 = 0,4472
ΣFy = 0: Cy + FBC·sin γ = 0 → FBC = −9/0,8944 = −10,06 kN

Odpowiedź

FBC = −10,06 kN (ściskanie)
4.Kratownica: równoważenie węzłów

Odpowiedź: FBC = −38,31 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.

ABBCACACB45 kN20 kNAy​Cy​Ax​

Reakcje podpór

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

ΣMA = 0: Cy·8 = 45·2 + 20·4 → Cy = 21,25 kN
ΣFy = 0: Ay = 45 − 21,25 = 23,75 kN
ΣFx = 0: Ax = −20 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 = 4/7,211 = 0,5547, cos γ = 6/7,211 = 0,8321
ΣFy = 0: Cy + FBC·sin γ = 0 → FBC = −21,25/0,5547 = −38,31 kN

Odpowiedź

FBC = −38,31 kN (ściskanie)
5.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: D (x = 6 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 = 102 kN, R2 = 102 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 = 180, MC = 312, MD = 396 kN·m, ME = 312, MF = 180, MG = 0

Odpowiedź

Punkt D: MD = 396 kN·m
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 = 45 kN, R2 = 35 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 = 42 kN·m, MC = 38, MD = 28, ME = 12, MF = −10, MG = 0

Odpowiedź

Punkt B: MB = 42 kN·m
7.Ugięcie belki

Odpowiedź: δB = 2,172 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 = 8000 N, a = 1000 mm, L = 2500 mm
EI = 3,99 × 10¹² N·mm²

Ugięcie swobodnego końca

Ugięcie pod siłą plus kąt obrotu pod siłą razy pozostała długość.

δP = Pa³/(3EI) = 0,6683 mm
θP = Pa²/(2EI) = 0,001003 rad
δB = δP + θP·(L − a) = Pa²(3L − a)/(6EI) = 2,172 mm

Odpowiedź

δB = 2,172 mm
8.Ugięcie belki

Odpowiedź: Ireq = 5,493 × 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 = 2500/360 = 6,944 mm

Wymagany moment bezwładności

I = 5wL⁴/(384·E·δallow) = 5·15·2500⁴/(384·200000·6,944) = 5,493 × 10⁶ mm⁴
Ireq = 5,493 × 10⁶ mm⁴

Odpowiedź

Ireq = 5,493 × 10⁶ mm⁴
9.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: Pcr = 4,395 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·30⁴/64 = 39761 mm⁴

Długość wyboczeniowa

KL = 1·2500 = 2500 mm

Siła krytyczna

Pcr = π²EI/(KL)² = π²·70000·39761/2500² = 4395 N = 4,395 kN

Odpowiedź

Pcr = 4,395 kN
10.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: σcr = 30,71 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·20⁴/64 = 7854 mm⁴

Promień bezwładności i smukłość

A = 314,2 mm²
r = √(I/A) = √(7854/314,2) = 5 mm
KL = 0,5·1500 = 750 mm
KL/r = 750/5 = 150

Naprężenie krytyczne

σcr = π²E/(KL/r)² = π²·70000/150² = 30,71 MPa

Odpowiedź

σcr = 30,71 MPa
11.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: Ix = 8,174 × 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 prostokąty

Przyjmij podstawę na pełnej szerokości i dwa ramiona nad nią (wysokość h − t), aby nic nie liczyć dwa razy.

baza: A1 = 260·10 = 2600 mm², y1 = 5 mm
dwa ramiona: A2 = 2·10·120 = 2400 mm², y2 = 10 + 120/2 = 70 mm

Środek ciężkości

ȳ = (2600·5 + 2400·70)/5000 = 36,2 mm

Twierdzenie Steinera

baza: 260·10³/12 + 2600·(5 − 36,2)² = 2,553 × 10⁶ mm⁴
dwa ramiona: 2·10·120³/12 + 2400·(70 − 36,2)² = 5,622 × 10⁶ mm⁴
Ix = 2,553 × 10⁶ + 5,622 × 10⁶
Ix = 8,174 × 10⁶ mm⁴ = 8,174 × 10⁶ mm⁴

Odpowiedź

Ix = 8,174 × 10⁶ mm⁴
12.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: Ix = 33,48 × 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 = (18000·75 − 1000·90)/(18000 − 1000) = 74,12 mm

Pełna płyta względem ȳ

120·150³/12 + 18000·0,8824² = 33,76 × 10⁶ mm⁴

Otwór względem ȳ

50·20³/12 + 1000·15,88² = 0,2856 × 10⁶ mm⁴

Odejmij

Ix = 33,48 × 10⁶ mm⁴

Odpowiedź

Ix = 33,48 × 10⁶ mm⁴
13.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: u = 39,24 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).

Ciśnienie wody w porach

Ciśnienie wody rośnie z głębokością poniżej zwierciadła.

u = γw·(z − zw) = 9,81·4 = 39,24 kPa

Odpowiedź

u = 39,24 kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: σ′ = 73,1 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 = 16·2 + 20,5·1 + 18,5·3,5 = 117,3 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 = 117,3 − 44,15 = 73,1 kPa

Odpowiedź

σ′ = 73,1 kPa
15.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: S = 393,2 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 = 120 + 180 = 300 kPa > 180 kPa

Osiadanie

Ponowne ściskanie do σ′p, ściskanie pierwotne powyżej.

S = 0,04·5,5/(1 + 0,65)·log₁₀(180/120) + 0,5·5,5/(1 + 0,65)·log₁₀(300/180)
S = 23,48 + 369,7 = 393,2 mm

Odpowiedź

S = 393,2 mm
16.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: t = 1,009 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 = 7,5/2 = 3,75 m

Czas

t = Tv·Hdr²/cv = 0,287·3,75²/4 = 1,009 lata

Odpowiedź

t = 1,009 lata
17.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: F = 58,86 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 = 2 + 2/2 = 3 m
A = H·b = 2·1 = 2 m²
zasuwad = 2 mH = 2 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·3·2 = 58,86 kN

Odpowiedź

F = 58,86 kN
18.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: F = 128,8 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 = 2,5·3 = 7,5 m²
zasuwad = 0,5 mH = 2,5 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·1,75·7,5 = 128,8 kN

Odpowiedź

F = 128,8 kN
19.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: hf = 1,295 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) = 1,1²/(2·9,81) = 0,06167 m

Darcy–Weisbach

hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,028·(150/0,2)·1,1²/(2·9,81) = 1,295 m

Odpowiedź

hf = 1,295 m
20.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: Q = 22,23 L/s

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.

Współczynniki strat

f·L/D = 0,022·100/0,1 = 22
ΣK = 0,5 + 3·0,3 + 5 + 1,0 = 7,4

Równanie energii

Obie powierzchnie są otwarte do atmosfery i praktycznie w spoczynku, więc całe Δz jest tracone w rurze.

12 = (22 + 7,4)·V²/(2·9,81)
V = √(2·9,81·12/29,4) = 2,83 m/s

Natężenie przepływu

Q = V·π·D²/4 = 2,83·0,007854 = 0,02223 m³/s = 22,23 L/s

Odpowiedź

Q = 22,23 L/s
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: Q = 8,05 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·y = 2,5·1,7 = 4,25 m²
P = b + 2y = 2,5 + 2·1,7 = 5,9 m
R = A/P = 0,7203 m

Prędkość

V = (1/0,012)·0,72032/3·0,00081/2 = 1,894 m/s

Natężenie przepływu

Q = A·V = 4,25·1,894 = 8,05 m³/s

Odpowiedź

Q = 8,05 m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: S = 0,002521 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 = 0,45/4 = 0,1125 m

Wyznacz S ze wzoru Manninga

S = (n·V/R2/3)² = (0,013·0,9/0,233)² = 0,002521

Odpowiedź

S = 0,002521

To spadek o 2,521 m na kilometr.

23.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: Pshaft = 15,17 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 = 1000·9,81·0,02·58 = 11,38 kW

Moc na wale

Pshaft = Ph/η = 11,38/0,75 = 15,17 kW

Odpowiedź

Pshaft = 15,17 kW
24.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: Pshaft = 8,462 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 = 0,075/0,03142 = 2,387 m/s
V²/(2g) = 0,2905 m

Straty wysokości

hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (11 + 2)·0,2905 = 3,776 m

Wysokość podnoszenia pompy

H = Δz + hL = 6 + 3,776 = 9,776 m

Moc na wale

Pshaft = ρ·g·Q·H/η = 1000·9,81·0,075·9,776/0,85 = 8,462 kW

Odpowiedź

Pshaft = 8,462 kW
25.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: EAR = 15,56 %

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 na okres

r/m = 0,15/2 = 0,075

Kapitalizacja w ciągu roku

EAR = (1 + 0,075)2 − 1 = 1,156 − 1 = 15,56%

Odpowiedź

EAR = 15,56%

Efektywna stopa roczna jest zawsze wyższa od nominalnej, gdy odsetki kapitalizuje się częściej niż raz w roku.

26.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: FV = 102476 €

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.

Współczynnik renty zwykłej

((1 + 0,08)12 − 1)/0,08 = 18,98

Renta płatna z góry

Każda wpłata jest inwestowana o rok dłużej.

FV = 5 000·18,98·1,08 = €102 476,48

Odpowiedź

FV = €102 476,48
27.NPV i IRR

Odpowiedź: NPV = −50000 €

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 przepływów

PV = 10 000/(0,09 − 0,04) = 200 000,00

NPV

NPV = 200 000,00 − 250 000 = −€50 000,00

Odpowiedź

NPV = −€50 000,00

NPV jest ujemna, więc projekt zarabia mniej niż wymagana stopa zwrotu.

28.NPV i IRR

Odpowiedź: MIRR = 15,94 %

Zmodyfikowana IRR: skapitalizuj każdy wpływ do końca projektu według stopy reinwestycji (zwykle kosztu kapitału), aby otrzymać wartość końcową TV. MIRR to stopa, która zamienia nakład początkowy w TV: MIRR = (TV/C₀)^(1/n) − 1.

Wartość końcowa wpływów

7 000·1,123 = 9 834,50
7 000·1,122 = 8 780,80
8 500·1,121 = 9 520,00
8 000·1,120 = 8 000,00
TV = 36 135,30

MIRR

MIRR = (36 135,30/20 000)1/4 − 1 = 15,94%

Odpowiedź

MIRR = 15,94%
29.Rozkład normalny

Odpowiedź: z = 1,77

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 − 0,0384 = 0,9616

Czytaj tablicę z wstecz

Znajdź 0,9616 wewnątrz tablicy i odczytaj z.

z = 1,77

Odpowiedź

z = 1,77
30.Rozkład normalny

Odpowiedź: x = 56,6 pkt

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) = 0,2

z z tablicy

z ≈ −0,84

Z powrotem do pierwotnych jednostek

x = 65 − 0,84·10 = 56,6 pkt

Odpowiedź

x = 56,6 pkt

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