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 = 25 kNM = 40 kN·mABRA​ = ?4 m5 m1 m

Belka swobodnie podparta ma podporę nieprzesuwną w A i przesuwną w B. Przenosi siłę skupioną P w odległości 4 m od A i moment skupiony M działający przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, przyłożony w odległości 9 m od A. Wyznacz reakcję pionową RA, przyjmując zwrot w górę jako dodatni.

L = 10 mP = 25 kN w 4 mM = 40 kN·m (przeciwnie do ruchu wskazówek zegara) w 9 m
RA = kN
2.Reakcje podpór belekTrudny
P = 70 kN, 50°Q = 60 kNABRA​ = ?2 m3 m3 m

Belka swobodnie podparta ma podporę przegubową nieprzesuwną w A i przesuwną w B. W odległości 2 m od A działa siła P nachylona pod kątem 50° do poziomu, a w odległości 5 m od A pionowa siła Q. Wyznacz wartość całkowitej siły reakcji RA w podporze nieprzesuwnej A.

L = 8 mP = 70 kN w 2 m, θ = 50°Q = 60 kN w 5 m
RA = kN
3.Kratownica: równoważenie węzłówŚredni
ABBCACACB60 kN5 m1 m3 m

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

rozpiętość = 5 mwysokość = 3 mB jest 1 m od Aobciążenie pionowe = 60 kN
FAC = kN
4.Kratownica: równoważenie węzłówTrudny
ABCDEFGH25 kN30 kN10 kN30 kN20 kN4 × 4 m4 m

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

C: 25 kN ↓D: 30 kN ↓F: 10 kN →G: 30 kN ↓H: 20 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
5.Siła tnąca i moment zginającyŚredni
w = 6 kN/mABprzekrój2,5 m5,5 m

Wyznacz moment zginający Mx w przekroju x = 2,5 m od podpory A. Przyjmij dodatnie momenty rozciągające dolne włókna i dodatnią siłę tnącą skierowaną w górę na lewej ściance.

L = 8 mw = 6 kN/m od 0 do 8 mx = 2,5 m
Mx = kN·m
6.Siła tnąca i moment zginającyTrudny
10 kN/m45 kN10 kN25 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.

45 kN @ 0 m10 kN @ 6 m25 kN @ 2 m10 kN/m, 1–4 m
  1. 1A (x = 0 m)
  2. 2B (x = 1 m)
  3. 3C (x = 2 m)
  4. 4D (x = 3 m)
  5. 5E (x = 4 m)
  6. 6F (x = 5 m)
  7. 7G (x = 6 m)
7.Ugięcie belkiŚredni
w = 15 kN/mδL = 1,5 m

Wspornik przenosi obciążenie równomiernie rozłożone w na całej długości. Wyznacz ugięcie δ swobodnego końca.

w = 15 kN/mL = 1,5 mE = 200 GPa (stal)I = 12 × 10⁶ mm⁴
δ = mm
8.Ugięcie belkiTrudny
w = 6 kN/mP = 12 kNδL = 2,5 m

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

P = 12 kNw = 6 kN/mL = 2,5 mE = 11 GPa (drewno konstrukcyjne)I = 23 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
9.Wyboczenie słupówŚredni
PL = 2 md = 30 mmprzekrój poprzeczny

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

L = 2 mE = 200 GPa (stal)d = 30 mm
Pcr = kN
10.Wyboczenie słupówTrudny
P = 150 kNL = 2 md = ?przekrój poprzeczny

Pełny słup okrągły o długości L z materiału (stal) jest utwierdzony u podstawy i przegubowo podparty u góry. Ma przenieść 150 kN przy współczynniku bezpieczeństwa 3 względem wyboczenia. Wyznacz najmniejszą średnicę d.

P = 150 kNn = 3L = 2 mE = 200 GPa (stal)
d = mm
11.Środek ciężkości i moment bezwładnościŚredni
200 mm240 mm96 mmØ30xIx​ = ?

Płyta 200 mm × 240 mm ma okrągły otwór o średnicy 30 mm na pionowej osi symetrii, ze środkiem 96 mm nad dolną krawędzią. Wyznacz moment bezwładności przekroju Ix względem osi poziomej przechodzącej przez środek ciężkości.

b = 200 mmh = 240 mmd = 30 mmśrodek otworu: y = 96 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Środek ciężkości i moment bezwładnościTrudny
1903801610xM = 40 kN·mwymiary w mm

Symetryczny dwuteownik ma półki o szerokości 190 mm i grubości 16 mm, wysokość całkowitą 380 mm i środnik o grubości 10 mm. Przenosi moment zginający 40 kN·m względem osi x. Wyznacz wartość naprężenia od zginania σj na styku środnika z górną półką.

B = 190 mmH = 380 mmtf = 16 mmtw = 10 mmM = 40 kN·m
σj = MPa
13.Naprężenie efektywne w gruncieŚredni
piasekγd​ = 15 kN/m³γsat​ = 18,5 kN/m³14 mzwierciadło wody gruntowejXz = 11 m

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

z = 11 mzw = 1 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 15 kN/m³piasek: γsat = 18,5 kN/m³
u = kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncieTrudny
piasekγd​ = 17 kN/m³γsat​ = 20,5 kN/m³4 mglinaγsat​ = 17,5 kN/m³8 mzwierciadło wody gruntowejXz = 8 m

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

z = 8 mzw = 3 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 17 kN/m³piasek: γsat = 20,5 kN/m³glina: γsat = 17,5 kN/m³
u = kPa
15.Osiadanie konsolidacyjneŚredni
Δσ = 140 kPapiasekglinaCc​ = 0,2, Cr​ = 0,06e0​ = 0,85σ′0​ = 85 kPaOCR = 2,55 mzwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny prekonsolidowanej o miąższości 5 m ma Cc = 0,2, Cr = 0,06 i e₀ = 0,85. W połowie jej głębokości efektywne naprężenie pionowe wynosi 85 kPa i wskaźnik prekonsolidacji wynosi OCR = 2,5. Nowy budynek zwiększa naprężenie pionowe w połowie głębokości o 140 kPa. Wyznacz osiadanie konsolidacyjne pierwotne S w mm.

H = 5 mCc = 0,2Cr = 0,06e0 = 0,85σ′0 = 85 kPaOCR = 2,5Δσ = 140 kPa
S = mm
16.Osiadanie konsolidacyjneTrudny
piasekglinaH = 4 mcv​ = 1,2 m²/rok4 mnieprzepuszczalna skałazwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny o miąższości 4 m ma współczynnik konsolidacji cv = 1,2 m²/rok. Leży na nieprzepuszczalnej skale, a nad nią jest piasek, więc woda odpływa tylko górą. Dla średniego stopnia konsolidacji 80% czynnik czasu wynosi Tv = 0,567. Po ilu latach t warstwa osiągnie 80% konsolidacji?

H = 4 mcv = 1,2 m²/rokU = 80%Tv = 0,567drenaż jednostronny
t = lata
17.Parcie hydrostatyczneŚredni
zasuwad = 0,5 mH = 1 m

Pionowa prostokątna zasuwa o szerokości 2 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 = 1 mb = 2 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
18.Parcie hydrostatyczneTrudny
zasuwad = 2,5 mH = 2,5 m

Pionowa prostokątna zasuwa o szerokości 2 m znajduje się w ścianie zbiornika z cieczą (gliceryna), z górną krawędzią 2,5 m pod powierzchnią. Wyznacz głębokość ycp środka parcia pod powierzchnią.

d = 2,5 mH = 2,5 mb = 2 mρ = 1260 kg/m³g = 9,81 m/s²
ycp = m
19.Tarcie w rurach i straty wysokościŚredni
V = 2,2 m/sD = 50 mmL = 150 mf = 0,022

Woda płynie z prędkością średnią 2,2 m/s przez rurę o długości 150 m i średnicy wewnętrznej 50 mm. Przyjmij współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,022 i g = 9,81 m/s². Wyznacz stratę wysokości na tarcie hf.

V = 2,2 m/sL = 150 mD = 50 mmf = 0,022g = 9,81 m/s²
hf = m
20.Tarcie w rurach i straty wysokościTrudny
K = 5Δz = ?L = 200 m, D = 300 mm, f = 0,0152× kolano (K = 0,3)

Dwa otwarte zbiorniki są połączone rurą o długości 200 m, średnicy wewnętrznej 300 mm i współczynniku tarcia Darcy’ego f = 0,015. Straty miejscowe to: wlot o ostrej krawędzi (K = 0,5), kolana w liczbie 2 (K = 0,3 każde), zawór (K = 5) i wylot do dolnego zbiornika (K = 1,0). Przyjmij g = 9,81 m/s². Jaka różnica poziomów wody Δz między zbiornikami daje natężenie przepływu 80 L/s?

Q = 80 L/sL = 200 mD = 300 mmf = 0,015Kentrance = 0,5Kbend = 0,3 (×2)Kvalve = 5Kexit = 1,0
Δz = m
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Średni
b = 4,5 my = 0,9 m3 : 1n = 0,03, S = 0,0015

Trapezowy kanał (grunt porośnięty trawą) ma szerokość dna 4,5 m i nachylenie skarp 3:1 (poziomo:pionowo). Woda płynie ruchem jednostajnym na głębokości 0,9 m. Współczynnik Manninga n = 0,03, a spadek dna S = 0,0015. Wyznacz natężenie przepływu Q w m³/s.

b = 4,5 my = 0,9 mz = 3n = 0,03S = 0,0015
Q = m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Trudny
b = 5 my = 0,9 m1 : 1n = 0,025, Q = 6,5 m³/s

Trapezowy kanał (żwir) o szerokości dna 5 m i nachyleniu skarp 1:1 (poziomo:pionowo) ma przeprowadzić 6,5 m³/s w przepływie jednostajnym przy głębokości 0,9 m. Współczynnik Manninga n = 0,025. Wyznacz wymagany spadek dna S (w m/m).

Q = 6,5 m³/sb = 5 my = 0,9 mz = 1n = 0,025
S = m/m
23.Pompy i moc pompŚredni
PQ = 60 L/sH = 44 m

Pompa tłoczy 60 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) przy wysokości podnoszenia 44 m. Sprawność pompy wynosi 85%, a napędzającego ją silnika elektrycznego 95%. Przyjmij g = 9,81 m/s². Wyznacz moc elektryczną Pel pobieraną przez silnik, w kW.

Q = 60 L/sH = 44 mηpump = 85%ηmotor = 95%g = 9,81 m/s²
Pel = kW
24.Pompy i moc pompTrudny
PQ = 40 L/sΔz = 8 mL = 300 m, D = 150 mm, f = 0,022, ΣK = 6

Pompa przetłacza 40 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) z otwartego dolnego zbiornika do górnego zbiornika, którego zwierciadło wody leży 8 m wyżej. Rura ma długość 300 m, średnicę wewnętrzną 150 mm i współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,022; współczynniki strat miejscowych sumują się do ΣK = 6 (łącznie z wlotem i wylotem). Przyjmij g = 9,81 m/s². Sprawność pompy wynosi 82%. Wyznacz moc na wale Pshaft w kW.

Q = 40 L/sΔz = 8 mL = 300 mD = 150 mmf = 0,022ΣK = 6η = 82%
Pshaft = kW
25.Wartość pieniądza w czasieŚredni
lata0123…9PV = ?€6 000+1,5%+1,5%…r = 7,5%

Nieruchomość ma w przyszłym roku przynieść czynsz netto €6 000. Oczekuje się, że czynsz będzie rósł o 1,5 % rocznie bez końca. Wymagana stopa zwrotu wynosi 7,5 % rocznie. Wyznacz dzisiejszą wartość PV nieruchomości.

C1 = €6 000g = 1,5%r = 7,5%
PV = €
26.Wartość pieniądza w czasieTrudny
miesiące0123…276€500€500€500FV = ?

Odkładasz €500 na koniec każdego miesiąca przez 23 lat. Konto daje 6 % rocznie z miesięczną kapitalizacją. Ile uzbierasz na koniec? Wyznacz FV.

A = €5006% / 12N = 276
FV = €
27.NPV i IRRŚredni
lata0123−30 00014 00010 0007 000

Inwestycja €30 000 daje na koniec lat od 1 do 3 takie przepływy: €14 000, €10 000, €7 000. Koszt kapitału wynosi 10 %. Wyznacz wartość bieżącą netto NPV.

r = 10%CF0 = −30 000CF1 = 14 000CF2 = 10 000CF3 = 7 000
NPV = €
28.NPV i IRRTrudny
lata01234−10 0005 0003 5005 0004 500

Projekt kosztuje €10 000 i przynosi €5 000, €3 500, €5 000, €4 500 na koniec lat od 1 do 4. Przepływy można reinwestować przy koszcie kapitału 6 %. Wyznacz zmodyfikowaną wewnętrzną stopę zwrotu MIRR w procentach.

r = 6%CF0 = −10 000CF1 = 5 000CF2 = 3 500CF3 = 5 000CF4 = 4 500
MIRR = %
29.Rozkład normalnyŚredni
3242,8P = ?

Rozkład czasów dostawy jest normalny ze średnią 32 min i odchyleniem standardowym 6 min. Jaka część wartości leży między 32 a 42,8 min? Podaj P w postaci dziesiętnej.

μ = 32σ = 6x1 = 32x2 = 42,8
P =
30.Rozkład normalnyTrudny
μ = 100x = ?97,5%

Rozkład wyników testu IQ jest normalny ze średnią 100 pkt i odchyleniem standardowym 15 pkt. Wyznacz wartość x, poniżej której leży 97,5% wszystkich wartości (97,5. percentyl).

μ = 100σ = 15P = 97,5%
x = pkt

3Roztwory

1.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: RA = 19 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 − 25·4 + 40 = 0
RB = 60/10 = 6 kN

Równowaga sił pionowych

RA = 25 − 6 = 19 kN

Odpowiedź

RA = 19 kN

Ujemna reakcja działa w dół.

2.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: RA = 77,19 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.

Składowe P

Pv = 70·sin 50° = 53,62 kN
Ph = 70·cos 50° = 45 kN

Reakcje

ΣMA = 0: RB·8 = 53,62·2 + 60·5 → RB = 50,91 kN
Ay = 53,62 + 60 − 50,91 = 62,72 kN
Ax = Ph = 45 kN

Wypadkowa w A

RA = √(45² + 62,72²) = 77,19 kN

Odpowiedź

RA = 77,19 kN
3.Kratownica: równoważenie węzłów

Odpowiedź: FAC = 16 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 kNAy​Cy​

Reakcje podpór

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

ΣMA = 0: Cy·5 = 60·1 → Cy = 12 kN
ΣFy = 0: Ay = 60 − 12 = 48 kN

Węzeł C

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

sin γ = 3/5 = 0,6, cos γ = 4/5 = 0,8
ΣFy = 0: Cy + FBC·sin γ = 0 → FBC = −12/0,6 = −20 kN
ΣFx = 0: −FAC − FBC·cos γ = 0 → FAC = −(−20)·0,8 = 16 kN

Odpowiedź

FAC = 16 kN (rozciąganie)
4.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: 47,5 kN (T), BC: 47,5 kN (T), CD: 67,5 kN (T), DE: 67,5 kN (T), FG: 85 kN (C), GH: 85 kN (C), AF: 53,03 kN (C), HE: 95,46 kN (C), BF: 0, CG: 30 kN (C), DH: 30 kN (T), FC: 53,03 kN (T), HC: 24,75 kN (T)

Odpowiedź

Pręt zerowy: BF
5.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: Mx = 41,25 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 = 6·8 = 48 kN, przyłożona w x̄ = 4 m
ΣMA = 0: RB·8 = 6·8·4
RB = 192/8 = 24 kN
ΣFy = 0: RA = 48 − 24 = 24 kN
w = 6 kN/mABRA​ = 24RB​ = 24przekrój2,5 m5,5 m

Przetnij w x = 2,5 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 = 24·2,5 − 6·2,5·1,25 = 41,25 kN·m

Odpowiedź

Mx = 41,25 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 = 85 kN, R2 = 25 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 = −45 kN·m, MC = −10, MD = −10, ME = −20, MF = −10, MG = 0

Odpowiedź

Punkt B: MB = −45 kN·m
7.Ugięcie belki

Odpowiedź: δ = 3,955 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 = 15 N/mm, L = 1500 mm
EI = 2,4 × 10¹² N·mm²

Ugięcie

δ = wL⁴/(8EI) = 15·1500⁴/(8·2,4 × 10¹²) = 3,955 mm

Odpowiedź

δ = 3,955 mm
8.Ugięcie belki

Odpowiedź: δmax = 27,5 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 = 12000 N, w = 6 N/mm, L = 2500 mm, EI = 2,53 × 10¹¹ N·mm²

Każde obciążenie osobno

δP = PL³/(48EI) = 12000·2500³/(48·2,53 × 10¹¹) = 15,44 mm
δw = 5wL⁴/(384EI) = 5·6·2500⁴/(384·2,53 × 10¹¹) = 12,06 mm

Dodaj

δmax = 15,44 + 12,06 = 27,5 mm

Odpowiedź

δmax = 27,5 mm
9.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: Pcr = 19,62 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 = 1·2000 = 2000 mm

Siła krytyczna

Pcr = π²EI/(KL)² = π²·200000·39761/2000² = 19621 N = 19,62 kN

Odpowiedź

Pcr = 19,62 kN
10.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: d = 54,93 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 = 3·150000 = 450000 N
KL = 0,7·2000 = 1400 mm

Wyznacz średnicę

d = (64·n·P·(KL)²/(π³E))^(1/4) = (64·450000·1400²/(π³·200000))^(1/4) = 54,93 mm

Odpowiedź

d = 54,93 mm

Sprawdzenie: smukłość KL/r wynosi 102, więc słup jest smukły i wzór Eulera obowiązuje.

11.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: Ix = 229,9 × 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 = (48000·120 − 706,9·96)/(48000 − 706,9) = 120,4 mm

Pełna płyta względem ȳ

200·240³/12 + 48000·−0,3587² = 230,4 × 10⁶ mm⁴

Otwór względem ȳ

π·30⁴/64 + 706,9·−24,36² = 0,4592 × 10⁶ mm⁴

Odejmij

Ix = 229,9 × 10⁶ mm⁴

Odpowiedź

Ix = 229,9 × 10⁶ mm⁴
12.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: σj = 29,41 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.

Prostokąt zewnętrzny minus dwa boczne wycięcia

Oba wycięcia razem mają szerokość (B − tw) i wysokość hw = H − 2tf oraz wspólną oś x.

hw = 380 − 2·16 = 348 mm
Ix = (B·H³ − (B − tw)·hw³)/12 = (190·380³ − 180·348³)/12
Ix = 2,366 × 10⁸ mm⁴

Naprężenie od zginania

y = 190 − 16 = 174 mm
σ = M·y/I = 4 × 10⁷·174/2,366 × 10⁸ = 29,41 MPa

Odpowiedź

σj = 29,41 MPa
13.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: u = 98,1 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).

Ciśnienie wody w porach

Ciśnienie wody rośnie z głębokością poniżej zwierciadła.

u = γw·(z − zw) = 9,81·10 = 98,1 kPa

Odpowiedź

u = 98,1 kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: u = 49,05 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) = 9,81·5 = 49,05 kPa

Odpowiedź

u = 49,05 kPa
15.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: S = 77,95 mm

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

Naprężenie prekonsolidacji

σ′p = OCR·σ′0 = 2,5·85 = 212,5 kPa

Porównaj z naprężeniem prekonsolidacji

σ′f = 85 + 140 = 225 kPa > 212,5 kPa

Osiadanie

Ponowne ściskanie do σ′p, ściskanie pierwotne powyżej.

S = 0,06·5/(1 + 0,85)·log₁₀(212,5/85) + 0,2·5/(1 + 0,85)·log₁₀(225/212,5)
S = 64,53 + 13,42 = 77,95 mm

Odpowiedź

S = 77,95 mm
16.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: t = 7,56 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 = 4 m

Czas

t = Tv·Hdr²/cv = 0,567·4²/1,2 = 7,56 lata

Odpowiedź

t = 7,56 lata
17.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: F = 19,62 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 + 1/2 = 1 m
A = H·b = 1·2 = 2 m²
zasuwad = 0,5 mH = 1 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·1·2 = 19,62 kN

Odpowiedź

F = 19,62 kN
18.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: ycp = 3,889 m

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

Głębokość środka ciężkości i pole

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

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 1260·9,81·3,75·5 = 231,8 kN

Środek parcia

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

Ic = b·H³/12 = 2·2,5³/12 = 2,604 m⁴
ycp = yc + Ic/(yc·A) = 3,75 + 2,604/(3,75·5) = 3,889 m

Odpowiedź

ycp = 3,889 m
19.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: hf = 16,28 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) = 2,2²/(2·9,81) = 0,2467 m

Darcy–Weisbach

hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,022·(150/0,05)·2,2²/(2·9,81) = 16,28 m

Odpowiedź

hf = 16,28 m
20.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: Δz = 1,116 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 = 0,08/0,07069 = 1,132 m/s
V²/(2g) = 0,06529 m

Współczynniki strat

f·L/D = 0,015·200/0,3 = 10
ΣK = 0,5 + 2·0,3 + 5 + 1,0 = 7,1

Całkowita strata wysokości

hf = 10·0,06529 = 0,6529 m
hm = 7,1·0,06529 = 0,4635 m
Δz = hf + hm = 1,116 m

Odpowiedź

Δz = 1,116 m
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: Q = 6,185 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 = (4,5 + 3·0,9)·0,9 = 6,48 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 4,5 + 2·0,9·√(1 + 3²) = 10,19 m
R = A/P = 0,6358 m

Prędkość

V = (1/0,03)·0,63582/3·0,00151/2 = 0,9545 m/s

Natężenie przepływu

Q = A·V = 6,48·0,9545 = 6,185 m³/s

Odpowiedź

Q = 6,185 m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: S = 0,001496 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 = (5 + 1·0,9)·0,9 = 5,31 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 5 + 2·0,9·√(1 + 1²) = 7,546 m
R = A/P = 0,7037 m

Wyznacz S ze wzoru Manninga

S1/2 = n·Q/(A·R2/3) = 0,025·6,5/(5,31·0,7912) = 0,03868
S = 0,03868² = 0,001496

Odpowiedź

S = 0,001496

To spadek o 1,496 m na kilometr.

23.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: Pel = 32,07 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 = 1000·9,81·0,06·44 = 25,9 kW

Moc na wale

Pshaft = 25,9/0,85 = 30,47 kW

Moc elektryczna

Pel = 30,47/0,95 = 32,07 kW

Odpowiedź

Pel = 32,07 kW
24.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: Pshaft = 10,08 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 = 0,04/0,01767 = 2,264 m/s
V²/(2g) = 0,2611 m

Straty wysokości

hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (44 + 6)·0,2611 = 13,06 m

Wysokość podnoszenia pompy

H = Δz + hL = 8 + 13,06 = 21,06 m

Moc na wale

Pshaft = ρ·g·Q·H/η = 1000·9,81·0,04·21,06/0,82 = 10,08 kW

Odpowiedź

Pshaft = 10,08 kW
25.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: PV = 100000 €

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.

Rosnąca renta wieczysta

PV = C1/(r − g) = 6 000/(0,075 − 0,015) = 6 000/0,06 = €100 000,00

Odpowiedź

PV = €100 000,00
26.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: FV = 296126 €

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 = 0,06/12 = 0,005
N = 12·23 = 276

Wartość przyszła wpłat

FV = A·((1 + i)N − 1)/i = 500·(3,961 − 1)/0,005 = €296 125,72

Odpowiedź

FV = €296 125,72

Sam wpłaciłeś €138 000; reszta to odsetki.

27.NPV i IRR

Odpowiedź: NPV = −3749 €

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 = −30 000
CF1/(1 + 0,1)1 = 14 000/1,1 = 12 727,27
CF2/(1 + 0,1)2 = 10 000/1,21 = 8 264,46
CF3/(1 + 0,1)3 = 7 000/1,331 = 5 259,20

Zsumuj

NPV = €−3 749,06

Odpowiedź

NPV = €−3 749,06

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

28.NPV i IRR

Odpowiedź: MIRR = 18,45 %

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

5 000·1,063 = 5 955,08
3 500·1,062 = 3 932,60
5 000·1,061 = 5 300,00
4 500·1,060 = 4 500,00
TV = 19 687,68

MIRR

MIRR = (19 687,68/10 000)1/4 − 1 = 18,45%

Odpowiedź

MIRR = 18,45%
29.Rozkład normalny

Odpowiedź: P = 0,4641

Rozkład normalny: zamień wartość x na wynik z, z = (x − μ)/σ, który mówi, o ile odchyleń standardowych wartość leży od średniej. Tablica rozkładu normalnego (czyli Φ(z)) podaje pole na lewo od z, czyli P(X < x). Pole na prawo to 1 − Φ(z), a pole między dwiema wartościami to różnica ich dwóch pól.

Wyniki z

z₁ = (32 − 32)/6 = 0
z₂ = (42,8 − 32)/6 = 1,8

Pole pomiędzy

P = Φ(1,8) − Φ(0) = 0,9641 − 0,5 = 0,4641

Odpowiedź

P = 0,4641
30.Rozkład normalny

Odpowiedź: x = 129,4 pkt

Rozkład normalny: zamień wartość x na wynik z, z = (x − μ)/σ, który mówi, o ile odchyleń standardowych wartość leży od średniej. Tablica rozkładu normalnego (czyli Φ(z)) podaje pole na lewo od z, czyli P(X < x). Pole na prawo to 1 − Φ(z), a pole między dwiema wartościami to różnica ich dwóch pól.

z dla percentyla

Φ(z) = 0,975 → z = 1,96

Powrót do x

x = 100 + 1,96·15 = 129,4 pkt

Odpowiedź

x = 129,4 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