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​ = 70 kNP2​ = 40 kNABCRB​ = ?2,5 m1,5 m2 m

Belka ma podporę nieprzesuwną w A i przesuwną w B, w odległości 4 m od A, i wystaje poza B aż do swobodnego końca C. Wyznacz reakcję pionową RB, przyjmując zwrot w górę jako dodatni.

AB = 4 mAC = 6 mP1 = 70 kN w 2,5 mP2 = 40 kN w 6 m
RB = kN
2.Reakcje podpór belekTrudny
w = 12 kN/mP = 60 kNABRA​ = ?RB​2 m2 m1 m

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

L = 5 mP = 60 kN w 4 mw = 12 kN/m od 0 do 2 m
RA = kN
3.Kratownica: równoważenie węzłówŚredni
ABBCACACB10 kN4 m1 m2 m

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

rozpiętość = 4 mwysokość = 2 mB jest 1 m od Aobciążenie pionowe = 10 kN
FBC = kN
4.Kratownica: równoważenie węzłówTrudny
ABCDEFGH40 kN35 kN35 kN4 × 4 m3 m

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

B: 40 kN ↓F: 35 kN ↓H: 35 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 BG
  13. 13pręt DG
5.Siła tnąca i moment zginającyŚredni
w = 4 kN/mABprzekrój9 m1 m

Wyznacz moment zginający Mx w przekroju x = 9 m od podpory A. Przyjmij dodatnie momenty rozciągające dolne włókna i dodatnią siłę tnącą skierowaną w górę na lewej ściance.

L = 10 mw = 4 kN/m od 0 do 10 mx = 9 m
Mx = kN·m
6.Siła tnąca i moment zginającyTrudny
w = 8 kN/mP = 40 kNABprzekrój2 m2,5 m1,5 m

Wyznacz moment zginający Mx w przekroju x = 4,5 m od podpory A. Przyjmij dodatnie momenty rozciągające dolne włókna i dodatnią siłę tnącą skierowaną w górę na lewej ściance.

L = 6 mP = 40 kN w 2 mw = 8 kN/m od 0 do 6 mx = 4,5 m
Mx = kN·m
7.Ugięcie belkiŚredni
w = 8 kN/mδL = 8 m

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

w = 8 kN/mL = 8 mE = 70 GPa (aluminium)I = 120 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
8.Ugięcie belkiTrudny
w = 3 kN/mABδ4 m

Belka drewniana swobodnie podparta o przekroju prostokątnym i szerokości 125 mm przenosi obciążenie równomiernie rozłożone w na całej rozpiętości. Jej ugięcie w środku rozpiętości nie może przekroczyć rozpiętość/300. Wyznacz najmniejszą wysokość hreq przekroju.

w = 3 kN/mL = 4 mE = 11 GPa (drewno konstrukcyjne)b = 125 mm
hreq = mm
9.Wyboczenie słupówŚredni
PL = 3 md = 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 = 3 mE = 70 GPa (aluminium)d = 80 mm
Pcr = kN
10.Wyboczenie słupówTrudny
PL = 4 md = 30 mmprzekrój poprzeczny

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

L = 4 mE = 200 GPa (stal)d = 30 mm
σcr = MPa
11.Środek ciężkości i moment bezwładnościŚredni
180260146xwymiary w mm

Symetryczny dwuteownik ma półki o szerokości 180 mm i grubości 14 mm, wysokość całkowitą 260 mm i środnik o grubości 6 mm. Wyznacz jego moment bezwładności Ix względem poziomej osi centralnej x.

B = 180 mmH = 260 mmtf = 14 mmtw = 6 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Środek ciężkości i moment bezwładnościTrudny
2201010014xdodatni Mwymiary w mm

Belka żeliwna ma pokazany przekrój teowy z półką u góry. Naprężenia dopuszczalne wynoszą 50 MPa przy rozciąganiu i 120 MPa przy ściskaniu. Wyznacz największy dodatni moment zginający Mallow, jaki może przenieść belka.

bf = 220 mmtf = 10 mmtw = 14 mmhw = 100 mmσt,allow = 50 MPaσc,allow = 120 MPa
Mallow = kN·m
13.Naprężenie efektywne w gruncieŚredni
piasekγd​ = 17 kN/m³γsat​ = 19 kN/m³9 mzwierciadło wody gruntowejXz = 7 m

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

z = 7 mzw = 4 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 17 kN/m³piasek: γsat = 19 kN/m³
u = kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncieTrudny
piasekγd​ = 15 kN/m³γsat​ = 20,5 kN/m³5 mglinaγsat​ = 19 kN/m³5 mzwierciadło wody gruntowejXz = 7,5 m

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

z = 7,5 mzw = 1 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 15 kN/m³piasek: γsat = 20,5 kN/m³glina: γsat = 19 kN/m³
u = kPa
15.Osiadanie konsolidacyjneŚredni
Δσ = 60 kPapiasekglinaCc​ = 0,2, Cr​ = 0,02e0​ = 0,75σ′0​ = 90 kPaσ′p​ = 180 kPa4,5 mzwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny prekonsolidowanej o miąższości 4,5 m ma Cc = 0,2, Cr = 0,02 i e₀ = 0,75. W połowie jej głębokości efektywne naprężenie pionowe wynosi 90 kPa i naprężenie prekonsolidacji wynosi 180 kPa. Nowy budynek zwiększa naprężenie pionowe w połowie głębokości o 60 kPa. Wyznacz osiadanie konsolidacyjne pierwotne S w mm.

H = 4,5 mCc = 0,2Cr = 0,02e0 = 0,75σ′0 = 90 kPaσ′p = 180 kPaΔσ = 60 kPa
S = mm
16.Osiadanie konsolidacyjneTrudny
piasekglinaH = 8,5 mcv​ = 1,2 m²/rok8,5 mnieprzepuszczalna skałazwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny o miąższości 8,5 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 = 8,5 mcv = 1,2 m²/rokU = 80%Tv = 0,567drenaż jednostronny
t = lata
17.Parcie hydrostatyczneŚredni
zasuwad = 0,5 mH = 1,5 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 = 1,5 mb = 3 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
18.Parcie hydrostatyczneTrudny
zasuwad = 0,5 mH = 3 m

Pionowa prostokątna zasuwa o szerokości 1,5 m znajduje się w ścianie zbiornika z cieczą (olej), z górną krawędzią 0,5 m pod powierzchnią. Wyznacz głębokość ycp środka parcia pod powierzchnią.

d = 0,5 mH = 3 mb = 1,5 mρ = 880 kg/m³g = 9,81 m/s²
ycp = m
19.Tarcie w rurach i straty wysokościŚredni
Q = 100 L/sD = 250 mmL = 800 mf = 0,022

Woda płynie z natężeniem 100 L/s przez rurę o długości 800 m i średnicy wewnętrznej 250 mm. Przyjmij współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,022 i g = 9,81 m/s². Wyznacz stratę wysokości na tarcie hf.

Q = 100 L/sL = 800 mD = 250 mmf = 0,022g = 9,81 m/s²
hf = m
20.Tarcie w rurach i straty wysokościTrudny
K = 2swobodny wypływH = ?L = 200 m, D = 150 mm, f = 0,0182× kolano (K = 0,3)

Rura o długości 200 m i średnicy wewnętrznej 150 mm (współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,018) 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 40 L/s?

Q = 40 L/sL = 200 mD = 150 mmf = 0,018Kentrance = 0,5Kbend = 0,3 (×2)Kvalve = 2
H = m
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Średni
b = 2,5 my = 2,1 m1,5 : 1n = 0,014, S = 0,005

Trapezowy kanał (niewygładzony beton) ma szerokość dna 2,5 m i nachylenie skarp 1,5:1 (poziomo:pionowo). Woda płynie ruchem jednostajnym na głębokości 2,1 m. Współczynnik Manninga n = 0,014, a spadek dna S = 0,005. Wyznacz natężenie przepływu Q w m³/s.

b = 2,5 my = 2,1 mz = 1,5n = 0,014S = 0,005
Q = m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Trudny
b = 4 my = 2,3 m3 : 1n = 0,014, Q = 85 m³/s

Trapezowy kanał (niewygładzony beton) o szerokości dna 4 m i nachyleniu skarp 3:1 (poziomo:pionowo) ma przeprowadzić 85 m³/s w przepływie jednostajnym przy głębokości 2,3 m. Współczynnik Manninga n = 0,014. Wyznacz wymagany spadek dna S (w m/m).

Q = 85 m³/sb = 4 my = 2,3 mz = 3n = 0,014
S = m/m
23.Pompy i moc pompŚredni
PQ = 80 L/sH = 58 m

Pompa tłoczy 80 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) przy wysokości podnoszenia 58 m. Sprawność pompy wynosi 70%, a napędzającego ją silnika elektrycznego 94%. Przyjmij g = 9,81 m/s². Wyznacz moc elektryczną Pel pobieraną przez silnik, w kW.

Q = 80 L/sH = 58 mηpump = 70%ηmotor = 94%g = 9,81 m/s²
Pel = kW
24.Pompy i moc pompTrudny
PQ = 80 L/sΔz = 19 mL = 100 m, D = 200 mm, f = 0,02, ΣK = 6

Pompa przetłacza 80 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) z otwartego dolnego zbiornika do górnego zbiornika, którego zwierciadło wody leży 19 m wyżej. Rura ma długość 100 m, średnicę wewnętrzną 200 mm i współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,02; współczynniki strat miejscowych sumują się do ΣK = 6 (łącznie z wlotem i wylotem). Przyjmij g = 9,81 m/s². Sprawność pompy wynosi 80%. Wyznacz moc na wale Pshaft w kW.

Q = 80 L/sΔz = 19 mL = 100 mD = 200 mmf = 0,02ΣK = 6η = 80%
Pshaft = kW
25.Wartość pieniądza w czasieŚredni
okresy0123…36511 + EAR = ?24% / 365

Karta kredytowa ma nominalną stopę procentową 24 % rocznie z kapitalizacją dziennie. Wyznacz efektywną stopę roczną EAR w procentach.

r = 24%m = 365
EAR = %
26.Wartość pieniądza w czasieTrudny
miesiące0123…N = ?€10 000€250€250€250€2507,2% / 12

Pożyczasz €10 000 przy 7,2 % rocznie z kapitalizacją miesięczną i spłacasz €250 na koniec każdego miesiąca. Ile miesięcy potrwa spłata kredytu (ostatnia rata może być mniejsza)? Podaj liczbę rat N.

P = €10 000A = €2507,2% / 12
N = raty
27.NPV i IRRŚredni
lata0123−30 00014 00014 0008 000

Inwestycja €30 000 daje na koniec lat od 1 do 3 takie przepływy: €14 000, €14 000, €8 000. Koszt kapitału wynosi 8 %. Wyznacz wartość bieżącą netto NPV.

r = 8%CF0 = −30 000CF1 = 14 000CF2 = 14 000CF3 = 8 000
NPV = €
28.NPV i IRRTrudny
lata012−25 00018 00016 000

Projekt kosztuje €25 000 i przynosi €18 000, €16 000 na koniec lat od 1 do 2. Wyznacz jego wewnętrzną stopę zwrotu IRR w procentach.

CF0 = −25 000CF1 = 18 000CF2 = 16 000
IRR = %
29.Rozkład normalnyŚredni
55,580P = ?

Rozkład wyników egzaminu jest normalny ze średnią 65 pkt i odchyleniem standardowym 10 pkt. Jaka część wartości leży między 55,5 a 80 pkt? Podaj P w postaci dziesiętnej.

μ = 65σ = 10x1 = 55,5x2 = 80
P =
30.Rozkład normalnyTrudny
0,02 mm0D − d?

Średnice otworów D mają rozkład normalny ze średnią 25,02 mm i odchyleniem standardowym 0,02 mm. Średnice wałów d są niezależne i mają rozkład normalny ze średnią 25 mm i odchyleniem standardowym 0,015 mm. Losowo wybrany wał pasuje, gdy D − d > 0. Wyznacz prawdopodobieństwo P, że pasuje. Zaokrąglij z do dwóch miejsc po przecinku.

otwór: μ = 25,02 mm, σ = 0,02 mmwał: μ = 25 mm, σ = 0,015 mm
P =

3Roztwory

1.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: RB = 103,8 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·4 = 70·2,5 + 40·6
RB = 415/4 = 103,8 kN

Równowaga sił pionowych

RA = 70 + 40 − 103,8 = 6,25 kN

Odpowiedź

RB = 103,8 kN
2.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: RA = 31,2 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 = 12 kN/mP = 60 kNABRA​RB​2 m2 m1 m

Schemat sił

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

Równowaga

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

Wypadkowa obciążenia ciągłego: W = w·ℓ = 12·2 = 24 kN, przyłożona w x̄ = 1 m
ΣMA = 0: RB·5 = 60·4 + 12·2·1
RB = 264/5 = 52,8 kN
ΣFy = 0: RA = 84 − 52,8 = 31,2 kN

Odpowiedź

RA = 31,2 kN
3.Kratownica: równoważenie węzłów

Odpowiedź: FBC = −4,507 kN

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

ABBCACACB10 kNAy​Cy​

Reakcje podpór

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

ΣMA = 0: Cy·4 = 10·1 → Cy = 2,5 kN
ΣFy = 0: Ay = 10 − 2,5 = 7,5 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 = 2/3,606 = 0,5547, cos γ = 3/3,606 = 0,8321
ΣFy = 0: Cy + FBC·sin γ = 0 → FBC = −2,5/0,5547 = −4,507 kN

Odpowiedź

FBC = −4,507 kN (ściskanie)
4.Kratownica: równoważenie węzłów

Odpowiedź: pręt CG

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 C

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

ΣF⊥ = 0 → FCG = 0

Sprawdź metodą węzłów

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

AB: 48,75 kN (T), BC: 32,5 kN (T), CD: 32,5 kN (T), DE: 16,25 kN (T), FG: 83,75 kN (C), GH: 51,25 kN (C), AF: 104,7 kN (C), HE: 20,31 kN (C), BF: 27,81 kN (T), CG: 0, DH: 12,19 kN (T), BG: 20,31 kN (T), DG: 20,31 kN (C)

Odpowiedź

Pręt zerowy: CG
5.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: Mx = 18 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 = 4·10 = 40 kN, przyłożona w x̄ = 5 m
ΣMA = 0: RB·10 = 4·10·5
RB = 200/10 = 20 kN
ΣFy = 0: RA = 40 − 20 = 20 kN
w = 4 kN/mABRA​ = 20RB​ = 20przekrój9 m1 m

Przetnij w x = 9 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 = 20·9 − 4·9·4,5 = 18 kN·m

Odpowiedź

Mx = 18 kN·m
6.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: Mx = 47 kN·m

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

Reakcje podpór

Równowaga całej belki.

Wypadkowa obciążenia ciągłego: W = w·ℓ = 8·6 = 48 kN, przyłożona w x̄ = 3 m
ΣMA = 0: RB·6 = 40·2 + 8·6·3
RB = 224/6 = 37,33 kN
ΣFy = 0: RA = 88 − 37,33 = 50,67 kN
w = 8 kN/mP = 40 kNABRA​ = 50,67RB​ = 37,33przekrój2 m2,5 m1,5 m

Przetnij w x = 4,5 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 = 50,67·4,5 − 40·(4,5 − 2) − 8·4,5·2,25 = 47 kN·m

Odpowiedź

Mx = 47 kN·m
7.Ugięcie belki

Odpowiedź: δmax = 50,79 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 = 8000 mm
EI = 8,4 × 10¹² N·mm²

Ugięcie

δmax = 5wL⁴/(384EI) = 5·8·8000⁴/(384·8,4 × 10¹²) = 50,79 mm

Odpowiedź

δmax = 50,79 mm
8.Ugięcie belki

Odpowiedź: hreq = 187,1 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 = 3 N/mm, L = 4000 mm, E = 11000 N/mm²

Warunek ugięcia

δallow = L/300 = 4000/300 = 13,33 mm

Wymagany moment bezwładności

Ireq = 5wL⁴/(384·E·δallow) = 5·3·4000⁴/(384·11000·13,33) = 6,818 × 10⁷ mm⁴

Wymagana wysokość

bh³/12 = Ireq → h = (12·6,818 × 10⁷/125)1/3 = 187,1 mm

Odpowiedź

hreq = 187,1 mm

W praktyce wybierz najbliższą większą wysokość znormalizowaną.

9.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: Pcr = 315 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·80⁴/64 = 2,011 × 10⁶ mm⁴

Długość wyboczeniowa

KL = 0,7·3000 = 2100 mm

Siła krytyczna

Pcr = π²EI/(KL)² = π²·70000·2,011 × 10⁶/2100² = 314984 N = 315 kN

Odpowiedź

Pcr = 315 kN
10.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: σcr = 6,94 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·30⁴/64 = 39761 mm⁴

Promień bezwładności i smukłość

A = 706,9 mm²
r = √(I/A) = √(39761/706,9) = 7,5 mm
KL = 1·4000 = 4000 mm
KL/r = 4000/7,5 = 533,3

Naprężenie krytyczne

σcr = π²E/(KL/r)² = π²·200000/533,3² = 6,94 MPa

Odpowiedź

σcr = 6,94 MPa
11.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: Ix = 82,58 × 10⁶ mm⁴

Moment bezwładności: dla prostokąta względem własnej osi centralnej I = bh³/12, a względem podstawy bh³/3 (twierdzenie Steinera I = Ic + A·d²). Otwór uwzględnia się, odejmując jego I, o ile obie części odnoszą się do tej samej osi. Sprężysty wskaźnik wytrzymałości to S = I/c, gdzie c jest odległością do skrajnych włókien.

Prostokąt zewnętrzny minus dwa boczne wycięcia

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

hw = 260 − 2·14 = 232 mm
Ix = (B·H³ − (B − tw)·hw³)/12 = (180·260³ − 174·232³)/12
Ix = 8,258 × 10⁷ mm⁴ = 82,58 × 10⁶ mm⁴

Odpowiedź

Ix = 82,58 × 10⁶ mm⁴
12.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: Mallow = 2,256 kN·m

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.

Środek ciężkości

ȳ = (2200·105 + 1400·50)/3600 = 83,61 mm
krawędź górna: c = 110 − 83,61 = 26,39 mm

Moment bezwładności przekroju

I = 220·10³/12 + 2200·21,39² + 14·100³/12 + 1400·33,61² = 3,773 × 10⁶ mm⁴

Moment dopuszczalny dla każdej krawędzi

Moment dodatni: góra jest ściskana, dół rozciągany.

krawędź górna: M = 120·3,773 × 10⁶/26,39 = 17,16 kN·m
krawędź dolna: M = 50·3,773 × 10⁶/83,61 = 2,256 kN·m

Wartość decydująca

Mallow = min = 2,256 kN·m (krawędź dolna)

Odpowiedź

Mallow = 2,256 kN·m
13.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: u = 29,43 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) = 9,81·3 = 29,43 kPa

Odpowiedź

u = 29,43 kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: u = 63,77 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) = 9,81·6,5 = 63,77 kPa

Odpowiedź

u = 63,77 kPa
15.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: S = 11,41 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 = 90 + 60 = 150 kPa ≤ 180 kPa

Osiadanie

Glina pozostaje na linii ponownego ściskania.

S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0) = 0,02·4,5/(1 + 0,75)·log₁₀(150/90) = 11,41 mm

Odpowiedź

S = 11,41 mm
16.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: t = 34,14 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 = 8,5 m

Czas

t = Tv·Hdr²/cv = 0,567·8,5²/1,2 = 34,14 lata

Odpowiedź

t = 34,14 lata
17.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: F = 55,18 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 + 1,5/2 = 1,25 m
A = H·b = 1,5·3 = 4,5 m²
zasuwad = 0,5 mH = 1,5 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·1,25·4,5 = 55,18 kN

Odpowiedź

F = 55,18 kN
18.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: ycp = 2,375 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 = 0,5 + 3/2 = 2 m
A = H·b = 3·1,5 = 4,5 m²
zasuwad = 0,5 mH = 3 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 880·9,81·2·4,5 = 77,7 kN

Środek parcia

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

Ic = b·H³/12 = 1,5·3³/12 = 3,375 m⁴
ycp = yc + Ic/(yc·A) = 2 + 3,375/(2·4,5) = 2,375 m

Odpowiedź

ycp = 2,375 m
19.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: hf = 14,89 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 średnia

A = π·0,25²/4 = 0,04909 m²
V = Q/A = 0,1/0,04909 = 2,037 m/s

Wysokość prędkości

V²/(2g) = 2,037²/(2·9,81) = 0,2115 m

Darcy–Weisbach

hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,022·(800/0,25)·2,037²/(2·9,81) = 14,89 m

Odpowiedź

hf = 14,89 m
20.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: H = 7,338 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 = 0,04/0,01767 = 2,264 m/s
V²/(2g) = 0,2611 m

Współczynniki strat

f·L/D = 0,018·200/0,15 = 24
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 + 24 + 3,1)·0,2611 = 7,338 m

Odpowiedź

H = 7,338 m
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: Q = 66,85 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 = (2,5 + 1,5·2,1)·2,1 = 11,87 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 2,5 + 2·2,1·√(1 + 1,5²) = 10,07 m
R = A/P = 1,178 m

Prędkość

V = (1/0,014)·1,1782/3·0,0051/2 = 5,634 m/s

Natężenie przepływu

Q = A·V = 11,87·5,634 = 66,85 m³/s

Odpowiedź

Q = 66,85 m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: S = 0,001508 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 + 3·2,3)·2,3 = 25,07 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 4 + 2·2,3·√(1 + 3²) = 18,55 m
R = A/P = 1,352 m

Wyznacz S ze wzoru Manninga

S1/2 = n·Q/(A·R2/3) = 0,014·85/(25,07·1,223) = 0,03883
S = 0,03883² = 0,001508

Odpowiedź

S = 0,001508

To spadek o 1,508 m na kilometr.

23.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: Pel = 69,18 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 = 1000·9,81·0,08·58 = 45,52 kW

Moc na wale

Pshaft = 45,52/0,7 = 65,03 kW

Moc elektryczna

Pel = 65,03/0,94 = 69,18 kW

Odpowiedź

Pel = 69,18 kW
24.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: Pshaft = 23,83 kW

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

Prędkość

V = Q/A = 0,08/0,03142 = 2,546 m/s
V²/(2g) = 0,3305 m

Straty wysokości

hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (10 + 6)·0,3305 = 5,288 m

Wysokość podnoszenia pompy

H = Δz + hL = 19 + 5,288 = 24,29 m

Moc na wale

Pshaft = ρ·g·Q·H/η = 1000·9,81·0,08·24,29/0,8 = 23,83 kW

Odpowiedź

Pshaft = 23,83 kW
25.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: EAR = 27,11 %

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 = 0,24/365 = 0,0006575

Kapitalizacja w ciągu roku

EAR = (1 + 0,0006575)365 − 1 = 1,271 − 1 = 27,11%

Odpowiedź

EAR = 27,11%

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

26.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: N = 46 raty

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.

Przekształć wzór na rentę

i = 0,006
(1 + i)−N = 1 − 10 000·0,006/250 = 0,76

Rozwiąż za pomocą logarytmów

N = −ln(0,76)/ln(1,006) = 45,88

Zaokrąglij w górę do pełnych rat

45 pełnych rat pozostawia niewielkie saldo, które spłaca ostatnia, mniejsza rata.

N = 46

Odpowiedź

N = 46 raty
27.NPV i IRR

Odpowiedź: NPV = 1316 €

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 + 0,08)1 = 14 000/1,08 = 12 962,96
CF2/(1 + 0,08)2 = 14 000/1,166 = 12 002,74
CF3/(1 + 0,08)3 = 8 000/1,26 = 6 350,66

Zsumuj

NPV = €1 316,36

Odpowiedź

NPV = €1 316,36

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

28.NPV i IRR

Odpowiedź: IRR = 23,73 %

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(20%) = 1 111,11
NPV(25%) = −360,00

Zawężaj

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

IRR ≈ 20 + 5·1 111,11/(1 111,11 − (−360,00)) = 23,78%
dokładnie: NPV(23,73%) = 0 → IRR = 23,73%

Odpowiedź

IRR = 23,73%
29.Rozkład normalny

Odpowiedź: P = 0,7621

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 = (55,5 − 65)/10 = −0,95
z₂ = (80 − 65)/10 = 1,5

Pole pomiędzy

P = Φ(1,5) − Φ(−0,95) = 0,9332 − 0,1711 = 0,7621

Odpowiedź

P = 0,7621
30.Rozkład normalny

Odpowiedź: P = 0,7881

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 = 25,02 − 25 = 0,02 mm, σ = 0,025 mm

Standaryzuj

z = (0 − 0,02)/0,025 = −0,8

Prawdopodobieństwo

P = 1 − Φ(−0,8) = 0,7881

Odpowiedź

P = 0,7881

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