Przygotowanie do egzaminu FE Civil: zestaw na powtórkę

Wzory, najważniejsze kroki metod dla każdego tematu i 30 zadań do ćwiczenia, z pełnymi rozwiązaniami na końcu.

Nowe zadaniaWróć do przedmiotu

W oknie drukowania wybierz „Zapisz jako PDF”, aby zachować kopię na swoim urządzeniu.

1Wzory i metody

Reakcje podpór belek

Równowaga
ΣFx = 0, ΣFy = 0, ΣM = 0
Obciążenie równomierne
wypadkowa w·L w środku obciążenia
Moment
M = F·d

Metoda

  1. Narysuj schemat sił i zastąp każdą podporę jej reakcjami.
  2. Zastąp każde obciążenie ciągłe jedną siłą przyłożoną w jego środku ciężkości.
  3. Napisz równanie momentów względem jednej podpory, aby wyznaczyć reakcję w drugiej.
  4. Z ΣFy = 0 wyznacz pozostałą reakcję i sprawdź drugim równaniem momentów.

Kratownica: równoważenie węzłów

Metoda równoważenia węzłów
ΣFx = 0, ΣFy = 0 at each joint
Metoda przekrojów
ΣM = 0 about a cut point
Siła w pręcie
dodatnia = rozciąganie, ujemna = ściskanie

Metoda

  1. Wyznacz reakcje podpór całej kratownicy.
  2. Metoda równoważenia węzłów: zacznij od węzła z co najwyżej dwiema nieznanymi siłami w prętach i użyj ΣFx = 0 oraz ΣFy = 0.
  3. Metoda Rittera (przekrojów): przetnij potrzebny pręt i napisz równanie momentów względem punktu, w którym przecinają się pozostałe nieznane pręty.
  4. Załóż rozciąganie; wynik ujemny oznacza ściskanie.

Siła tnąca i moment zginający

Siła tnąca i moment
V = ΣF po jednej stronie, M = ΣF·d po jednej stronie
Naprężenie od zginania
σ = M·y/I
Prostokąt
I = bh³/12
Wskaźnik wytrzymałości przekroju
W = I/ymax
Swobodnie podparta, obciążenie równomierne
Mmax = wL²/8

Metoda

  1. Wyznacz reakcje podpór z równowagi całej belki.
  2. Przetnij belkę w potrzebnym przekroju i zostaw jedną stronę.
  3. Siła tnąca: suma sił pionowych po tej stronie. Moment zginający: suma ich momentów względem przekroju.
  4. Aby znaleźć moment maksymalny, wyznacz miejsce, w którym siła tnąca jest równa zeru.

Ugięcie belki

Siła skupiona w środku rozpiętości
δ = PL³/(48EI)
Obciążenie równomierne, belka swobodnie podparta
δ = 5wL⁴/(384EI)
Wspornik, siła na końcu
δ = PL³/(3EI)
Wspornik, obciążenie równomierne
δ = wL⁴/(8EI)
Superpozycja
δ = δ1 + δ2

Wyboczenie słupów

Siła krytyczna Eulera
Pcr = π²EI/(KL)²
Współczynnik długości wyboczeniowej
K = 1 przegub–przegub, 0,5 utwierdzenie–utwierdzenie, 0,7 utwierdzenie–przegub, 2 utwierdzenie–wolny koniec
Naprężenie krytyczne
σcr = Pcr/A
Smukłość
λ = KL/r, r = √(I/A)

Środek ciężkości i moment bezwładności

Środek ciężkości
ȳ = ΣAiyi/ΣAi
Prostokąt
I = bh³/12
Twierdzenie Steinera
I = Ic + A·d²
Przekrój złożony
I = Σ(Ic,i + Aidi²)

Naprężenie efektywne w gruncie

Naprężenie całkowite
σ = Σγi·hi
Ciśnienie wody w porach
u = γw·(z − zw)
Naprężenie efektywne
σ′ = σ − u
Woda
γw = 9,81 kN/m³

Osiadanie konsolidacyjne

Normalnie skonsolidowany
S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0)
Naprężenie końcowe
σ′f = σ′0 + Δσ (at mid-depth of the layer)
Prekonsolidowany, σ′f ≤ σ′p
S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0)
Prekonsolidowany, σ′f > σ′p
S = H/(1 + e0)·[Cr·log₁₀(σ′p/σ′0) + Cc·log₁₀(σ′f/σ′p)]
Wskaźnik prekonsolidacji
OCR = σ′p/σ′0
Czas konsolidacji
t = Tv·Hdr²/cv
Droga filtracji
Hdr = H/2 (drenaż dwustronny), H (drenaż jednostronny)
Czynniki czasu
U 50% → 0,197, 60% → 0,287, 70% → 0,403, 80% → 0,567, 90% → 0,848

Parcie hydrostatyczne

Ciśnienie na głębokości
p = ρgh
Parcie na ścianę pionową
F = ρg·hc·A
Środek parcia
yp = yc + Ic/(ycA)
Prostokąt
Ic = bH³/12

Tarcie w rurach i straty wysokości

Liczba Reynoldsa
Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ
Charakter przepływu
laminarny poniżej Re ≈ 2000, turbulentny powyżej Re ≈ 4000
Prędkość średnia
V = Q/A, A = π·D²/4
Darcy–Weisbach
hf = f·(L/D)·V²/(2g)
Straty miejscowe
hm = ΣK·V²/(2g)
Typowe wartości K
wlot 0,5, wylot 1,0, kolano 90° ≈ 0,3
Spadek ciśnienia
Δp = ρ·g·hf
Dwa otwarte zbiorniki
Δz = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)
Swobodny wypływ
H = (1 + f·L/D + ΣK)·V²/(2g)

Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Wzór Manninga
V = (1/n)·R2/3·S1/2
Natężenie przepływu
Q = A·V
Promień hydrauliczny
R = A/P (P = wetted perimeter, free surface excluded)
Prostokąt
A = b·y, P = b + 2y
Trapez (nachylenie skarp z:1)
A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²)
Rura kołowa, pełna lub w połowie wypełniona
R = D/4
Wymagany spadek
S = (n·Q/(A·R2/3))²

Pompy i moc pomp

Moc hydrauliczna
Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp
Moc na wale
Pshaft = Ph/ηpump
Moc elektryczna
Pel = Pshaft/ηmotor
Wysokość podnoszenia pompy
H = Δz + Δp/(ρ·g) + hL
Straty w instalacji
hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)

Wartość pieniądza w czasie

Wartość przyszła
FV = PV·(1 + i)n
Wartość bieżąca
PV = FV/(1 + i)n
Kilka okresów w roku
i = r/m, N = m·n
Renta, wartość bieżąca
PV = PMT·[1 − (1 + i)−n]/i
Renta, wartość przyszła
FV = PMT·[(1 + i)n − 1]/i

Metoda

  1. Narysuj oś czasu z każdym przepływem pieniężnym i jego terminem.
  2. Dopasuj stopę do okresu: miesięczna stopa dla miesięcznych płatności.
  3. Użyj FV = PV·(1 + i)ⁿ dla pojedynczych kwot i wzorów na rentę dla równych płatności.
  4. Sprawdź znak i rząd wielkości odpowiedzi.

NPV i IRR

Wartość bieżąca netto
NPV = −C0 + Σ CFt/(1 + r)t
Równe przepływy pieniężne
NPV = −C0 + CF·[1 − (1 + r)−n]/r
Wewnętrzna stopa zwrotu
r, przy którym NPV = 0
Decyzja
przyjmij, gdy NPV > 0 (lub IRR > wymagana stopa zwrotu)

Metoda

  1. Wypisz wszystkie przepływy pieniężne z ich rokiem; inwestycja w roku 0 jest ujemna.
  2. Zdyskontuj każdy przepływ: CFt/(1 + r)t.
  3. Zsumuj je, aby otrzymać NPV. Wartość dodatnia oznacza, że projekt zarabia więcej niż r.
  4. Dla IRR znajdź stopę, przy której NPV jest równe zeru, metodą prób lub interpolacji.

Rozkład normalny

Wynik z
z = (x − μ)/σ
Poniżej x
P(X < x) = Φ(z)
Powyżej x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
Pomiędzy
Φ(z2) − Φ(z1)
Percentyl
x = μ + z·σ

Metoda

  1. Zamień wartość na wynik standaryzowany: z = (x − μ)/σ.
  2. Odczytaj Φ(z), pole na lewo od z.
  3. Dla pola na prawo użyj 1 − Φ(z); dla przedziału odejmij dwa pola lewostronne.
  4. Dla percentyla licz wstecz: wyznacz z dla pola, a potem x = μ + z·σ.

2Zadania do ćwiczenia

1.Reakcje podpór belekŚredni
w = 3 kN/mP = 60 kNABRA​ = ?1,5 m1,5 m1 m

Wspornik jest utwierdzony w ścianie w A. Przenosi obciążenie równomiernie rozłożone w od ściany do 3 m i siłę skupioną P w odległości 1,5 m od ściany. Wyznacz reakcję pionową RA w ścianie.

L = 4 mP = 60 kN w 1,5 mw = 3 kN/m od 0 do 3 m
RA = kN
2.Reakcje podpór belekTrudny
w = 6 kN/mP = 55 kNABRA​RB​ = ?1,5 m0,5 m2 m

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

L = 4 mP = 55 kN w 1,5 mw = 6 kN/m od 2 do 4 m
RB = kN
3.Kratownica: równoważenie węzłówŚredni
ABCDEFGH10 kN25 kN4 × 4 m4 m

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

D: 10 kN ↓F: 25 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
4.Kratownica: równoważenie węzłówTrudny
ABBCACACB55 kN25 kN4 m3 m3 m

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

rozpiętość = 4 mwysokość = 3 mB jest 3 m od Aobciążenie pionowe = 55 kNobciążenie poziome = 25 kN ←
FAB = kN
5.Siła tnąca i moment zginającyŚredni
P1​ = 15 kNP2​ = 30 kNAB3 m3 m2 m

Belka swobodnie podparta przenosi dwie siły skupione. Wyznacz maksymalny moment zginający Mmax w belce.

L = 8 mP1 = 15 kN w 3 mP2 = 30 kN w 6 m
Mmax = kN·m
6.Siła tnąca i moment zginającyTrudny
10 kN/m15 kN50 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.

15 kN @ 0 m50 kN @ 12 m10 kN/m, 2–10 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)
7.Ugięcie belkiŚredni
w = 2 kN/mδL = 5 m

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

w = 2 kN/mL = 5 mE = 11 GPa (drewno konstrukcyjne)I = 57 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
8.Ugięcie belkiTrudny
w = 20 kN/mδL = 3 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 = 20 kN/mL = 3 mE = 11 GPa (drewno konstrukcyjne)
Ireq = × 10⁶ mm⁴
9.Wyboczenie słupówŚredni
PL = 2 m40 × 50 mmprzekrój poprzeczny

Słup o długości L z materiału (stal) jest utwierdzony u podstawy i wolny u góry. Korzystając ze wzoru Eulera, wyznacz jego siłę krytyczną Pcr.

L = 2 mE = 200 GPa (stal)b × h = 40 × 50 mm
Pcr = kN
10.Wyboczenie słupówTrudny
PL = 2 md = 40 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 = 2 mE = 70 GPa (aluminium)d = 40 mm
σcr = MPa
11.Środek ciężkości i moment bezwładnościŚredni
100 mm200 mm70 mmØ50xIx​ = ?

Płyta 100 mm × 200 mm ma okrągły otwór o średnicy 50 mm na pionowej osi symetrii, ze środkiem 70 mm nad dolną krawędzią. Wyznacz moment bezwładności przekroju Ix względem osi poziomej przechodzącej przez środek ciężkości.

b = 100 mmh = 200 mmd = 50 mmśrodek otworu: y = 70 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Środek ciężkości i moment bezwładnościTrudny
140180143701814xwymiary w mm

Spawany dwuteownik ma półkę górną 140 × 14 mm, środnik o wysokości 370 mm i grubości 14 mm oraz półkę dolną 180 × 18 mm (szerokość × grubość). Wyznacz jego moment bezwładności Ix względem poziomej osi x przechodzącej przez środek ciężkości.

półka górna: 140 × 14 mmśrodnik: 14 × 370 mmpółka dolna: 180 × 18 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
13.Naprężenie efektywne w gruncieŚredni
piasekγd​ = 15 kN/m³γsat​ = 19,5 kN/m³13 mzwierciadło wody gruntowejXz = 5 m

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

z = 5 mzw = 4 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 15 kN/m³piasek: γsat = 19,5 kN/m³
σ′ = kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncieTrudny
piasekγd​ = 16,5 kN/m³γsat​ = 20 kN/m³5 mglinaγsat​ = 18 kN/m³8 mzwierciadło wody gruntowejXz = 9 m

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

z = 9 mzw = 4 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 16,5 kN/m³piasek: γsat = 20 kN/m³glina: γsat = 18 kN/m³
σ′ = kPa
15.Osiadanie konsolidacyjneŚredni
Δσ = 25 kPapiasekglinaCc​ = 0,5, Cr​ = 0,03e0​ = 1,15σ′0​ = 120 kPaσ′p​ = 170 kPa2 mzwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny prekonsolidowanej o miąższości 2 m ma Cc = 0,5, Cr = 0,03 i e₀ = 1,15. W połowie jej głębokości efektywne naprężenie pionowe wynosi 120 kPa i naprężenie prekonsolidacji wynosi 170 kPa. Nowy budynek zwiększa naprężenie pionowe w połowie głębokości o 25 kPa. Wyznacz osiadanie konsolidacyjne pierwotne S w mm.

H = 2 mCc = 0,5Cr = 0,03e0 = 1,15σ′0 = 120 kPaσ′p = 170 kPaΔσ = 25 kPa
S = mm
16.Osiadanie konsolidacyjneTrudny
piasekglinaH = 6 mcv​ = 4 m²/rok6 mnieprzepuszczalna skałazwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny o miąższości 6 m ma współczynnik konsolidacji cv = 4 m²/rok. Leży na nieprzepuszczalnej skale, a nad nią jest piasek, więc woda odpływa tylko górą. Dla średniego stopnia konsolidacji 90% czynnik czasu wynosi Tv = 0,848. Po ilu latach t warstwa osiągnie 90% konsolidacji?

H = 6 mcv = 4 m²/rokU = 90%Tv = 0,848drenaż jednostronny
t = lata
17.Parcie hydrostatyczneŚredni
zasuwad = 3 mH = 2 m

Pionowa prostokątna zasuwa o szerokości 2 m znajduje się w ścianie zbiornika z cieczą (woda), z górną krawędzią 3 m pod powierzchnią. Wyznacz wypadkową siłę parcia hydrostatycznego F na zasuwę.

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

Pionowa prostokątna zasuwa o szerokości 3 m znajduje się w ścianie zbiornika z cieczą (woda morska), z górną krawędzią 2 m pod powierzchnią. Wyznacz wypadkową siłę parcia hydrostatycznego F na zasuwę.

d = 2 mH = 2 mb = 3 mρ = 1025 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
19.Tarcie w rurach i straty wysokościŚredni
V = 2,3 m/sD = 50 mmL = 200 mf = 0,015

Woda (ρ = 1000 kg/m³) płynie z prędkością 2,3 m/s przez poziomą rurę o długości 200 m i średnicy wewnętrznej 50 mm. Przyjmij współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,015 i g = 9,81 m/s². Wyznacz spadek ciśnienia Δp na rurze w kPa.

V = 2,3 m/sL = 200 mD = 50 mmf = 0,015ρ = 1000 kg/m³
Δp = kPa
20.Tarcie w rurach i straty wysokościTrudny
K = 2Δz = ?L = 300 m, D = 250 mm, f = 0,0183× kolano (K = 0,3)

Dwa otwarte zbiorniki są połączone rurą o długości 300 m, średnicy wewnętrznej 250 mm i współczynniku tarcia Darcy’ego f = 0,018. Straty miejscowe to: wlot o ostrej krawędzi (K = 0,5), kolana w liczbie 3 (K = 0,3 każde), zawór (K = 2) i wylot do dolnego zbiornika (K = 1,0). Przyjmij g = 9,81 m/s². Jaka różnica poziomów wody Δz między zbiornikami daje natężenie przepływu 60 L/s?

Q = 60 L/sL = 300 mD = 250 mmf = 0,018Kentrance = 0,5Kbend = 0,3 (×3)Kvalve = 2Kexit = 1,0
Δz = m
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Średni
b = 5,5 my = 1,6 m1,5 : 1n = 0,022, S = 0,0015

Trapezowy kanał (czysty grunt) ma szerokość dna 5,5 m i nachylenie skarp 1,5:1 (poziomo:pionowo). Woda płynie ruchem jednostajnym na głębokości 1,6 m. Współczynnik Manninga n = 0,022, a spadek dna S = 0,0015. Wyznacz natężenie przepływu Q w m³/s.

b = 5,5 my = 1,6 mz = 1,5n = 0,022S = 0,0015
Q = m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Trudny
b = 5,5 my = 0,7 m2 : 1n = 0,022, Q = 4,2 m³/s

Trapezowy kanał (czysty grunt) o szerokości dna 5,5 m i nachyleniu skarp 2:1 (poziomo:pionowo) ma przeprowadzić 4,2 m³/s w przepływie jednostajnym przy głębokości 0,7 m. Współczynnik Manninga n = 0,022. Wyznacz wymagany spadek dna S (w m/m).

Q = 4,2 m³/sb = 5,5 my = 0,7 mz = 2n = 0,022
S = m/m
23.Pompy i moc pompŚredni
PQ = 25 L/sH = 30 m

Podczas próby pompa tłoczy 25 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) przy wysokości podnoszenia 30 m, a jej wał pobiera 9,4 kW. Przyjmij g = 9,81 m/s². Wyznacz sprawność pompy η w procentach.

Q = 25 L/sH = 30 mPshaft = 9,4 kWg = 9,81 m/s²
η = %
24.Pompy i moc pompTrudny
100 kPa (nadciśnienie)PQ = 40 L/sΔz = 7 mL = 400 m, D = 200 mm, f = 0,015, ΣK = 8

Pompa przetłacza 40 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) z otwartego dolnego zbiornika do górnego zbiornika, którego zwierciadło wody leży 7 m wyżej. Rura ma długość 400 m, średnicę wewnętrzną 200 mm i współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,015; współczynniki strat miejscowych sumują się do ΣK = 8 (łącznie z wlotem i wylotem). Przyjmij g = 9,81 m/s². Górny zbiornik jest zamknięty, a powietrze nad wodą ma nadciśnienie 100 kPa. Wyznacz wysokość podnoszenia H, którą musi zapewnić pompa.

Q = 40 L/sΔz = 7 mL = 400 mD = 200 mmf = 0,015ΣK = 8ptank = 100 kPa
H = m
25.Wartość pieniądza w czasieŚredni
lata0123456PV = ?€15 000

Za 6 lat potrzebujesz €15 000. Konto daje 4,8 % rocznie z kapitalizacją kwartalną. Ile musisz wpłacić dziś? Wyznacz wartość bieżącą PV.

FV = €15 0004,8% / 4n = 6
PV = €
26.Wartość pieniądza w czasieTrudny
miesiące01…276…360€200 000AB = ?A4,8% / 12

Kredyt hipoteczny €200 000 jest spłacany w równych ratach miesięcznych przez 30 lat przy 4,8 % rocznie z kapitalizacją miesięczną. Ile pozostaje do spłaty tuż po racie na koniec roku 23? Wyznacz saldo zadłużenia B.

P = €200 0004,8% / 12N = 360k = 276
B = €
27.NPV i IRRŚredni
lata0123…9−400 00034 000+3%+3%…r = 10%, NPV = ?

Projekt kosztuje dziś €400 000. Na koniec pierwszego roku przynosi €34 000, a potem przepływ rośnie o 3 % rocznie bez końca. Koszt kapitału wynosi 10 %. Wyznacz wartość bieżącą netto NPV.

C0 = €400 000CF1 = €34 000g = 3%r = 10%
NPV = €
28.NPV i IRRTrudny
lata012345−100 00022 000+2%+2%+2%+2%r = 12%, NPV = ?

Projekt kosztuje dziś €100 000. Jego przepływ wynosi €22 000 na koniec roku 1 i rośnie o 2 % rocznie aż do ostatniego przepływu na koniec roku 5. Koszt kapitału wynosi 12 %. Wyznacz wartość bieżącą netto NPV.

C0 = €100 000CF1 = €22 000g = 2%n = 5r = 12%
NPV = €
29.Rozkład normalnyŚredni
−3−2−10123zzacieniowane pole między −z a z = 0,7737

Przeciągnij z tak, aby zacieniowane pole między −z a z pod standardową krzywą normalną wynosiło 0,7737. Znajdź z z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku.

A = 0,7737
z =
30.Rozkład normalnyTrudny
235240245250255260265ggóra 25%

Rozkład mas worków jest normalny ze średnią 250 g i odchyleniem standardowym 5 g. Przeciągnij wartość graniczną tak, aby zacieniowane górne 25% leżało na prawo od niej. Znajdź wartość graniczną x.

μ = 250 gσ = 5 g25%
x = g

3Roztwory

1.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: RA = 69 kN

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

Wypadkowa obciążenia ciągłego

W = 3·3 = 9 kN, x̄ = 1,5 m

Równowaga sił pionowych

RA = P + W = 60 + 9 = 69 kN

Odpowiedź

RA = 69 kN
2.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: RB = 29,63 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 = 6 kN/mP = 55 kNABRA​RB​1,5 m0,5 m2 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 = 6·2 = 12 kN, przyłożona w x̄ = 3 m
ΣMA = 0: RB·4 = 55·1,5 + 6·2·3
RB = 118,5/4 = 29,63 kN
ΣFy = 0: RA = 67 − 29,63 = 37,38 kN

Odpowiedź

RB = 29,63 kN
3.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: 21,25 kN (T), BC: 17,5 kN (T), CD: 17,5 kN (T), DE: 13,75 kN (T), FG: 21,25 kN (C), GH: 13,75 kN (C), AF: 30,05 kN (C), HE: 19,45 kN (C), BF: 3,75 kN (C), CG: 0, DH: 13,75 kN (T), BG: 5,303 kN (T), DG: 5,303 kN (C)

Odpowiedź

Pręt zerowy: CG
4.Kratownica: równoważenie węzłów

Odpowiedź: FAB = −45,96 kN

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

ABBCACACB55 kN25 kNAy​Cy​Ax​

Reakcje podpór

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

ΣMA = 0: Cy·4 = 55·3 − 25·3 → Cy = 22,5 kN
ΣFy = 0: Ay = 55 − 22,5 = 32,5 kN
ΣFx = 0: Ax = 25 kN

Węzeł A

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

sin α = 3/4,243 = 0,7071
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −32,5/0,7071 = −45,96 kN

Odpowiedź

FAB = −45,96 kN (ściskanie)
5.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: Mmax = 56,25 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. Moment maksymalny: ponieważ dM/dx = V, moment zginający osiąga ekstremum tam, gdzie siła tnąca przechodzi przez zero, albo w miejscu siły skupionej, albo wewnątrz obciążenia ciągłego.

Reakcje podpór

Równowaga całej belki.

ΣMA = 0: RB·8 = 15·3 + 30·6
RB = 225/8 = 28,13 kN
ΣFy = 0: RA = 45 − 28,13 = 16,88 kN

Moment pod każdą siłą

Zostaw część na lewo od każdej siły.

pod P1: M = RA·3 = 16,88·3 = 50,63 kN·m
pod P2: M = RB·2 = 28,13·2 = 56,25 kN·m

Największa wartość

Mmax = 56,25 kN·m (pod P2)

Odpowiedź

Mmax = 56,25 kN·m
6.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: F (x = 10 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 = 46,25 kN, R2 = 98,75 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 = −30, MC = 12,5, MD = 15, ME = −22,5, MF = −100 kN·m, MG = 0

Odpowiedź

Punkt F: MF = −100 kN·m
7.Ugięcie belki

Odpowiedź: δmax = 25,96 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 = 2 N/mm, L = 5000 mm
EI = 6,27 × 10¹¹ N·mm²

Ugięcie

δmax = 5wL⁴/(384EI) = 5·2·5000⁴/(384·6,27 × 10¹¹) = 25,96 mm

Odpowiedź

δmax = 25,96 mm
8.Ugięcie belki

Odpowiedź: Ireq = 230,1 × 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 = 3000/360 = 8,333 mm

Wymagany moment bezwładności

I = 5wL⁴/(384·E·δallow) = 5·20·3000⁴/(384·11000·8,333) = 2,301 × 10⁸ mm⁴
Ireq = 230,1 × 10⁶ mm⁴

Odpowiedź

Ireq = 230,1 × 10⁶ mm⁴
9.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: Pcr = 32,9 kN

Wyboczenie Eulera: smukły słup traci stateczność przy Pcr = π²EI/(KL)², gdzie KL to długość wyboczeniowa: K = 1 dla przegub–przegub, 2 dla utwierdzenie–wolny koniec, 0,7 dla utwierdzenie–przegub i 0,5 dla utwierdzenie–utwierdzenie. Wybocza się względem osi o najmniejszym I. Wzór dotyczy słupów smukłych, których naprężenie krytyczne jest mniejsze od granicy plastyczności.

Najmniejszy moment bezwładności

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

Imin = h·b³/12 = 50·40³/12 = 266667 mm⁴

Długość wyboczeniowa

KL = 2·2000 = 4000 mm

Siła krytyczna

Pcr = π²EI/(KL)² = π²·200000·266667/4000² = 32899 N = 32,9 kN

Odpowiedź

Pcr = 32,9 kN
10.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: σcr = 69,09 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·40⁴/64 = 125664 mm⁴

Promień bezwładności i smukłość

A = 1257 mm²
r = √(I/A) = √(125664/1257) = 10 mm
KL = 0,5·2000 = 1000 mm
KL/r = 1000/10 = 100

Naprężenie krytyczne

σcr = π²E/(KL/r)² = π²·70000/100² = 69,09 MPa

Odpowiedź

σcr = 69,09 MPa
11.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: Ix = 64,4 × 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 = (20000·100 − 1963·70)/(20000 − 1963) = 103,3 mm

Pełna płyta względem ȳ

100·200³/12 + 20000·−3,266² = 66,88 × 10⁶ mm⁴

Otwór względem ȳ

π·50⁴/64 + 1963·−33,27² = 2,48 × 10⁶ mm⁴

Odejmij

Ix = 64,4 × 10⁶ mm⁴

Odpowiedź

Ix = 64,4 × 10⁶ mm⁴
12.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: Ix = 247,3 × 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 trzy prostokąty

Mierz każde y od dolnej krawędzi.

półka górna: A = 1960 mm², y = 395 mm
środnik: A = 5180 mm², y = 203 mm
półka dolna: A = 3240 mm², y = 9 mm

Środek ciężkości

ȳ = (1960·395 + 5180·203 + 3240·9)/10380 = 178,7 mm

Twierdzenie Steinera

półka górna: 140·14³/12 + 1960·216,3² = 9,173 × 10⁷ mm⁴
środnik: 14·370³/12 + 5180·24,3² = 6,215 × 10⁷ mm⁴
półka dolna: 180·18³/12 + 3240·169,7² = 9,339 × 10⁷ mm⁴
Ix = 9,173 × 10⁷ + 6,215 × 10⁷ + 9,339 × 10⁷
Ix = 2,473 × 10⁸ mm⁴ = 247,3 × 10⁶ mm⁴

Odpowiedź

Ix = 247,3 × 10⁶ mm⁴
13.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: σ′ = 69,69 kPa

Naprężenie efektywne (Terzaghi): szkielet gruntowy przenosi σ′ = σ − u. Naprężenie całkowite σ to ciężar wszystkiego nad punktem, Σγ·h, z ciężarem objętościowym suchym nad zwierciadłem wody i nasyconym poniżej. Poniżej zwierciadła ciśnienie wody w porach jest hydrostatyczne: u = γw·(głębokość poniżej zwierciadła).

Naprężenie całkowite

Dodaj ciężar każdej warstwy gruntu nad X. Nad zwierciadłem wody użyj ciężaru objętościowego suchego, poniżej nasyconego.

σ = γd·zw + γsat·(z − zw) = 15·4 + 19,5·1 = 79,5 kPa

Ciśnienie wody w porach

Ciśnienie wody rośnie z głębokością poniżej zwierciadła.

u = γw·(z − zw) = 9,81·1 = 9,81 kPa

Naprężenie efektywne

σ′ = σ − u = 79,5 − 9,81 = 69,69 kPa

Odpowiedź

σ′ = 69,69 kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: σ′ = 108,9 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·4 + γsat,sand·1 + γsat,clay·4
σ = 16,5·4 + 20·1 + 18·4 = 158 kPa

Ciśnienie wody w porach

Ciśnienie wody rośnie z głębokością poniżej zwierciadła.

u = γw·(z − zw) = 9,81·5 = 49,05 kPa

Naprężenie efektywne

σ′ = σ − u = 158 − 49,05 = 108,9 kPa

Odpowiedź

σ′ = 108,9 kPa
15.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: S = 2,294 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 + 25 = 145 kPa ≤ 170 kPa

Osiadanie

Glina pozostaje na linii ponownego ściskania.

S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0) = 0,03·2/(1 + 1,15)·log₁₀(145/120) = 2,294 mm

Odpowiedź

S = 2,294 mm
16.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: t = 7,632 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 = 6 m

Czas

t = Tv·Hdr²/cv = 0,848·6²/4 = 7,632 lata

Odpowiedź

t = 7,632 lata
17.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: F = 157 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 = 3 + 2/2 = 4 m
A = H·b = 2·2 = 4 m²
zasuwad = 3 mH = 2 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·4·4 = 157 kN

Odpowiedź

F = 157 kN
18.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: F = 181 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 = 2·3 = 6 m²
zasuwad = 2 mH = 2 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 1025·9,81·3·6 = 181 kN

Odpowiedź

F = 181 kN
19.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: Δp = 158,7 kPa

Przepływ w rurach: liczba Reynoldsa Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ odróżnia przepływ laminarny (Re poniżej ok. 2000) od turbulentnego (powyżej ok. 4000). Tarcie wzdłuż rury powoduje stratę wysokości Darcy’ego–Weisbacha hf = f·(L/D)·V²/(2g). Kształtki, zawory, wlot i wylot dodają straty miejscowe hm = ΣK·V²/(2g). Między dwiema otwartymi powierzchniami zbiorników równanie energii daje Δz = hf + hm, z uwzględnioną stratą na wylocie K = 1.

Strata wysokości

hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,015·(200/0,05)·2,3²/(2·9,81) = 16,18 m

Spadek ciśnienia

Rura jest pozioma, a prędkość się nie zmienia, więc równanie energii upraszcza się do Δp = ρ·g·hf.

Δp = ρ·g·hf = 1000·9,81·16,18 = 158700 Pa = 158,7 kPa

Odpowiedź

Δp = 158,7 kPa
20.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: Δz = 1,98 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 = 0,06/0,04909 = 1,222 m/s
V²/(2g) = 0,07615 m

Współczynniki strat

f·L/D = 0,018·300/0,25 = 21,6
ΣK = 0,5 + 3·0,3 + 2 + 1,0 = 4,4

Całkowita strata wysokości

hf = 21,6·0,07615 = 1,645 m
hm = 4,4·0,07615 = 0,3351 m
Δz = hf + hm = 1,98 m

Odpowiedź

Δz = 1,98 m
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: Q = 24,02 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 = (5,5 + 1,5·1,6)·1,6 = 12,64 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 5,5 + 2·1,6·√(1 + 1,5²) = 11,27 m
R = A/P = 1,122 m

Prędkość

V = (1/0,022)·1,1222/3·0,00151/2 = 1,9 m/s

Natężenie przepływu

Q = A·V = 12,64·1,9 = 24,02 m³/s

Odpowiedź

Q = 24,02 m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: S = 0,0007935 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 = (5,5 + 2·0,7)·0,7 = 4,83 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 5,5 + 2·0,7·√(1 + 2²) = 8,63 m
R = A/P = 0,5596 m

Wyznacz S ze wzoru Manninga

S1/2 = n·Q/(A·R2/3) = 0,022·4,2/(4,83·0,6791) = 0,02817
S = 0,02817² = 0,0007935

Odpowiedź

S = 0,0007935

To spadek o 0,7935 m na kilometr.

23.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: η = 78,27 %

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 = 1000·9,81·0,025·30 = 7,357 kW

Sprawność

η = Ph/Pshaft = 7,357/9,4 = 78,27%

Odpowiedź

η = 78,27%
24.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: H = 20,33 m

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

Prędkość

V = Q/A = 0,04/0,03142 = 1,273 m/s
V²/(2g) = 0,08263 m

Straty wysokości

hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (30 + 8)·0,08263 = 3,14 m

Wysokość ciśnienia

p/(ρ·g) = 100000/(1000·9,81) = 10,19 m

Wysokość podnoszenia pompy

Oba zwierciadła są praktycznie w spoczynku, więc nie ma członu wysokości prędkości.

H = Δz + p/(ρ·g) + hL = 7 + 10,19 + 3,14 = 20,33 m

Odpowiedź

H = 20,33 m
25.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: PV = 11266 €

Wartość pieniądza w czasie: pieniądz dziś jest wart więcej niż ta sama kwota później, bo może przynosić odsetki. Przy stopie i na okres kwota rośnie do FV = PV·(1 + i)n. Ciąg równych płatności (rentę) wycenia się, sumując wszystkie płatności, z czego wynikają wzory na rentę.

Stopa i liczba okresów

i = 0,048/4 = 0,012
N = 4·6 = 24

Wartość bieżąca

PV = FV/(1 + i)N = 15 000/1,331 = €11 265,72

Odpowiedź

PV = €11 265,72
26.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: B = 74738 €

Wartość pieniądza w czasie: pieniądz dziś jest wart więcej niż ta sama kwota później, bo może przynosić odsetki. Przy stopie i na okres kwota rośnie do FV = PV·(1 + i)n. Ciąg równych płatności (rentę) wycenia się, sumując wszystkie płatności, z czego wynikają wzory na rentę.

Rata miesięczna

i = 0,004, N = 360
A = 200 000·0,004/(1 − (1 + 0,004)−360) = €1 049,33

Wartość bieżąca pozostałych rat

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

N − k = 360 − 276 = 84
B = 1049·(1 − (1 + 0,004)−84)/0,004 = €74 738,00

Odpowiedź

B = €74 738,00
27.NPV i IRR

Odpowiedź: NPV = 85714 €

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 = 34 000/(0,1 − 0,03) = 485 714,29

NPV

NPV = 485 714,29 − 400 000 = €85 714,29

Odpowiedź

NPV = €85 714,29

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

28.NPV i IRR

Odpowiedź: NPV = −17827 €

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 renty rosnącej

((1,02)/(1,12))5 = 0,6265
PV = 22 000/(0,12 − 0,02)·(1 − 0,6265) = 82 173,28

NPV

NPV = 82 173,28 − 100 000 = −€17 826,72

Odpowiedź

NPV = −€17 826,72

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

29.Rozkład normalny

Odpowiedź: z = 1,21

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 + 0,7737)/2 = 0,8869

Czytaj tablicę z wstecz

Znajdź 0,8869 wewnątrz tablicy i odczytaj z.

z = 1,21

Odpowiedź

z = 1,21
30.Rozkład normalny

Odpowiedź: x = 253,4 g

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) = 0,75

z z tablicy

z ≈ 0,67

Z powrotem do pierwotnych jednostek

x = 250 + 0,67·5 = 253,4 g

Odpowiedź

x = 253,4 g

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