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​ = 35 kNP2​ = 20 kNABRA​ = ?RB​1 m3 m2 m

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

L = 6 mP1 = 35 kN w 1 mP2 = 20 kN w 4 m
RA = kN
2.Reakcje podpór belekTrudny
w = 10 kN/mP = 10 kNABRA​ = ?RB​2,5 m0,5 m1 m1 m

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

L = 5 mP = 10 kN w 2,5 mw = 10 kN/m od 3 do 4 m
RA = kN
3.Kratownica: równoważenie węzłówŚredni
ABBCACACB45 kN6 m4 m3 m

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

rozpiętość = 6 mwysokość = 3 mB jest 4 m od Aobciążenie pionowe = 45 kN
FBC = kN
4.Kratownica: równoważenie węzłówTrudny
ABCDEFGH20 kN15 kN10 kN25 kN40 kN4 × 4 m4 m

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

C: 20 kN ↓D: 15 kN ↓F: 10 kN ↓G: 25 kN ↓H: 40 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
8 kN/m25 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.

25 kN @ 2 m8 kN/m, 4–12 m
  1. 1A (x = 0 m)
  2. 2B (x = 2 m)
  3. 3C (x = 4 m)
  4. 4D (x = 6 m)
  5. 5E (x = 8 m)
  6. 6F (x = 10 m)
  7. 7G (x = 12 m)
6.Siła tnąca i moment zginającyTrudny
15 kN/m45 kN60 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.

45 kN @ 12 m60 kN @ 4 m15 kN/m, 0–10 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 = 8 kN/mδL = 2 m

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

w = 8 kN/mL = 2 mE = 11 GPa (drewno konstrukcyjne)I = 120 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
8.Ugięcie belkiTrudny
w = 2 kN/mδL = 4 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 = 2 kN/mL = 4 mE = 70 GPa (aluminium)
Ireq = × 10⁶ mm⁴
9.Wyboczenie słupówŚredni
PL = 4 m30 × 100 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 = 4 mE = 70 GPa (aluminium)b × h = 30 × 100 mm
Pcr = kN
10.Wyboczenie słupówTrudny
P = 85 kNL = 2,5 md = ?przekrój poprzeczny

Pełny słup okrągły o długości L z materiału (stal) jest utwierdzony u podstawy i wolny u góry. Ma przenieść 85 kN przy współczynniku bezpieczeństwa 2 względem wyboczenia. Wyznacz najmniejszą średnicę d.

P = 85 kNn = 2L = 2,5 mE = 200 GPa (stal)
d = mm
11.Środek ciężkości i moment bezwładnościŚredni
260110t = 8xwymiary w mm

Ceownik leży otwartą stroną do góry: płaskownik podstawy o szerokości 260 mm z dwoma pionowymi ramionami, o całkowitej wysokości 110 mm. Podstawa i ramiona mają grubość 8 mm. Wyznacz jego moment bezwładności Ix względem poziomej osi x przechodzącej przez środek ciężkości.

b = 260 mmh = 110 mmt = 8 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Środek ciężkości i moment bezwładnościTrudny
1602020010xM = 5 kN·mwymiary w mm

Przekrój teowy pracuje jako belka z półką u góry i przenosi dodatni moment zginający 5 kN·m. Wyznacz wartość naprężenia od zginania σgóra na górnej krawędzi.

bf = 160 mmtf = 20 mmtw = 10 mmhw = 200 mmM = 5 kN·m
σgóra = MPa
13.Naprężenie efektywne w gruncieŚredni
piasekγd​ = 16,5 kN/m³γsat​ = 20 kN/m³9 mzwierciadło wody gruntowejXz = 9 m

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

z = 9 mzw = 3 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 16,5 kN/m³piasek: γsat = 20 kN/m³
σ′ = kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncieTrudny
piasekγd​ = 17 kN/m³γsat​ = 19,5 kN/m³6 mglinaγsat​ = 19 kN/m³4 mzwierciadło wody gruntowejXz = 8 m

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

z = 8 mzw = 1 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 17 kN/m³piasek: γsat = 19,5 kN/m³glina: γsat = 19 kN/m³
σ′ = kPa
15.Osiadanie konsolidacyjneŚredni
Δσ = 170 kPapiasekglinaCc​ = 0,25, Cr​ = 0,03e0​ = 1σ′0​ = 90 kPaOCR = 28 mzwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny prekonsolidowanej o miąższości 8 m ma Cc = 0,25, Cr = 0,03 i e₀ = 1. W połowie jej głębokości efektywne naprężenie pionowe wynosi 90 kPa i wskaźnik prekonsolidacji wynosi OCR = 2. Nowy budynek zwiększa naprężenie pionowe w połowie głębokości o 170 kPa. Wyznacz osiadanie konsolidacyjne pierwotne S w mm.

H = 8 mCc = 0,25Cr = 0,03e0 = 1σ′0 = 90 kPaOCR = 2Δσ = 170 kPa
S = mm
16.Osiadanie konsolidacyjneTrudny
piasekglinaH = 4,5 mcv​ = 1 m²/rok4,5 mnieprzepuszczalna skałazwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny o miąższości 4,5 m ma współczynnik konsolidacji cv = 1 m²/rok. Leży na nieprzepuszczalnej skale, a nad nią jest piasek, więc woda odpływa tylko górą. Dla średniego stopnia konsolidacji 70% czynnik czasu wynosi Tv = 0,403. Po ilu latach t warstwa osiągnie 70% konsolidacji?

H = 4,5 mcv = 1 m²/rokU = 70%Tv = 0,403drenaż jednostronny
t = lata
17.Parcie hydrostatyczneŚredni
zasuwad = 2 mH = 3 m

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

d = 2 mH = 3 mb = 1 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
18.Parcie hydrostatyczneTrudny
zasuwad = 2,5 mH = 1 m

Pionowa prostokątna zasuwa o szerokości 1 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 = 1 mb = 1 mρ = 1260 kg/m³g = 9,81 m/s²
ycp = m
19.Tarcie w rurach i straty wysokościŚredni
Q = 30 L/sD = 150 mmL = 50 mf = 0,015

Woda płynie z natężeniem 30 L/s przez rurę o długości 50 m i średnicy wewnętrznej 150 mm. Przyjmij współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,015 i g = 9,81 m/s². Wyznacz stratę wysokości na tarcie hf.

Q = 30 L/sL = 50 mD = 150 mmf = 0,015g = 9,81 m/s²
hf = m
20.Tarcie w rurach i straty wysokościTrudny
K = 2Δz = ?L = 100 m, D = 100 mm, f = 0,022× kolano (K = 0,3)

Dwa otwarte zbiorniki są połączone rurą o długości 100 m, średnicy wewnętrznej 100 mm i współczynniku tarcia Darcy’ego f = 0,02. Straty miejscowe to: wlot o ostrej krawędzi (K = 0,5), kolana w liczbie 2 (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 15 L/s?

Q = 15 L/sL = 100 mD = 100 mmf = 0,02Kentrance = 0,5Kbend = 0,3 (×2)Kvalve = 2Kexit = 1,0
Δz = m
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Średni
b = 2 my = 0,7 m1 : 1n = 0,022, S = 0,0005

Trapezowy kanał (czysty grunt) ma szerokość dna 2 m i nachylenie skarp 1:1 (poziomo:pionowo). Woda płynie ruchem jednostajnym na głębokości 0,7 m. Współczynnik Manninga n = 0,022, a spadek dna S = 0,0005. Wyznacz natężenie przepływu Q w m³/s.

b = 2 my = 0,7 mz = 1n = 0,022S = 0,0005
Q = m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Trudny
D = 450 mmn = 0,013, V = 0,75 m/s

Betonowy kanał ściekowy o średnicy wewnętrznej 450 mm (współczynnik Manninga n = 0,013) musi przy całkowitym wypełnieniu osiągnąć prędkość samooczyszczania 0,75 m/s. Wyznacz minimalny spadek S (w m/m).

D = 450 mmn = 0,013V = 0,75 m/s
S = m/m
23.Pompy i moc pompŚredni
PQ = 15 L/sH = 24 m

Podczas próby pompa tłoczy 15 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) przy wysokości podnoszenia 24 m, a jej wał pobiera 4,4 kW. Przyjmij g = 9,81 m/s². Wyznacz sprawność pompy η w procentach.

Q = 15 L/sH = 24 mPshaft = 4,4 kWg = 9,81 m/s²
η = %
24.Pompy i moc pompTrudny
PQ = 75 L/sΔz = 32 mL = 100 m, D = 200 mm, f = 0,022, ΣK = 8

Pompa przetłacza 75 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) z otwartego dolnego zbiornika do górnego zbiornika, którego zwierciadło wody leży 32 m wyżej. Rura ma długość 100 m, średnicę wewnętrzną 200 mm i współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,022; współczynniki strat miejscowych sumują się do ΣK = 8 (łącznie z wlotem i wylotem). Przyjmij g = 9,81 m/s². Sprawność pompy wynosi 72%. Wyznacz moc na wale Pshaft w kW.

Q = 75 L/sΔz = 32 mL = 100 mD = 200 mmf = 0,022ΣK = 8η = 72%
Pshaft = kW
25.Wartość pieniądza w czasieŚredni
lata012€20 000FV = ?

Inwestujesz €20 000 przy nominalnej stopie 4 % rocznie z kapitalizacją kwartalną. Wyznacz wartość FV inwestycji po 2 latach.

PV = €20 0004% / 4n = 2
FV = €
26.Wartość pieniądza w czasieTrudny
miesiące0123…180€100€100€100FV = ?

Odkładasz €100 na koniec każdego miesiąca przez 15 lat. Konto daje 6 % rocznie z miesięczną kapitalizacją. Ile uzbierasz na koniec? Wyznacz FV.

A = €1006% / 12N = 180
FV = €
27.NPV i IRRŚredni
lata012345−30 0006 0006 0006 0006 00013 500

Maszyna kosztuje dziś €30 000. Przynosi €6 000 na koniec każdego roku przez 5 lat, a potem można ją sprzedać za €7 500. Koszt kapitału wynosi 10 %. Wyznacz wartość bieżącą netto NPV.

C0 = €30 000CF = €6 000S = €7 500n = 5r = 10%
NPV = €
28.NPV i IRRTrudny
lata0123−10 0004 0004 0006 500

Projekt kosztuje €10 000 i przynosi €4 000, €4 000, €6 500 na koniec lat od 1 do 3. Wyznacz jego wewnętrzną stopę zwrotu IRR w procentach.

CF0 = −10 000CF1 = 4 000CF2 = 4 000CF3 = 6 500
IRR = %
29.Rozkład normalnyŚredni
−3−2−10123zzacieniowane pole między −z a z = 0,8664

Przeciągnij z tak, aby zacieniowane pole między −z a z pod standardową krzywą normalną wynosiło 0,8664. Znajdź z z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku.

A = 0,8664
z =
30.Rozkład normalnyTrudny
μ = 100x = ?95%

Rozkład wyników testu IQ jest normalny ze średnią 100 pkt i odchyleniem standardowym 15 pkt. Wyznacz wartość x, poniżej której leży 95% wszystkich wartości (95. percentyl).

μ = 100σ = 15P = 95%
x = pkt

3Roztwory

1.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: RA = 35,83 kN

Równowaga statyczna: ciało w spoczynku ma ΣFx = 0, ΣFy = 0 i ΣM = 0 względem dowolnego punktu. Moment względem jednej podpory usuwa jej reakcję z równania.

P1​ = 35 kNP2​ = 20 kNABRA​RB​1 m3 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.

ΣMA = 0: RB·6 = 35·1 + 20·4
RB = 115/6 = 19,17 kN
ΣFy = 0: RA = 55 − 19,17 = 35,83 kN

Odpowiedź

RA = 35,83 kN
2.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: RA = 8 kN

Równowaga statyczna: ciało w spoczynku ma ΣFx = 0, ΣFy = 0 i ΣM = 0 względem dowolnego punktu. Moment względem jednej podpory usuwa jej reakcję z równania.

w = 10 kN/mP = 10 kNABRA​RB​2,5 m0,5 m1 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 = 10·1 = 10 kN, przyłożona w x̄ = 3,5 m
ΣMA = 0: RB·5 = 10·2,5 + 10·1·3,5
RB = 60/5 = 12 kN
ΣFy = 0: RA = 20 − 12 = 8 kN

Odpowiedź

RA = 8 kN
3.Kratownica: równoważenie węzłów

Odpowiedź: FBC = −36,06 kN

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

ABBCACACB45 kNAy​Cy​

Reakcje podpór

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

ΣMA = 0: Cy·6 = 45·4 → Cy = 30 kN
ΣFy = 0: Ay = 45 − 30 = 15 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 = 3/3,606 = 0,8321, cos γ = 2/3,606 = 0,5547
ΣFy = 0: Cy + FBC·sin γ = 0 → FBC = −30/0,8321 = −36,06 kN

Odpowiedź

FBC = −36,06 kN (ściskanie)
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: 3,75 kN (T), BC: 3,75 kN (T), CD: 26,25 kN (T), DE: 26,25 kN (T), FG: 77,5 kN (C), GH: 77,5 kN (C), AF: 61,87 kN (C), HE: 37,12 kN (C), BF: 0, CG: 25 kN (C), DH: 15 kN (T), FC: 47,73 kN (T), HC: 15,91 kN (T)

Odpowiedź

Pręt zerowy: BF
5.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: D (x = 6 m)

Największy moment zginający: nachylenie wykresu M zmienia się tam, gdzie zmienia się siła tnąca, więc jego maksima leżą tam, gdzie siła tnąca przechodzi przez zero: pod siłą skupioną, wewnątrz obciążenia ciągłego albo nad podporą przy wsporniku. W utwierdzeniu belki wspornikowej moment jest największy przy ścianie. Porównaj wartości M w tych miejscach, zarówno dodatnie (zginanie „w dół”), jak i ujemne.

Reakcje podpór

Zapisz momenty względem jednej podpory, a potem użyj bilansu sił pionowych.

R1 = 42,17 kN, R2 = 46,83 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 = 84,33, MC = 118,7, MD = 137 kN·m, ME = 123,3, MF = 77,67, MG = 0

Odpowiedź

Punkt D: MD = 137 kN·m
6.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: C (x = 4 m)

Największy moment zginający: nachylenie wykresu M zmienia się tam, gdzie zmienia się siła tnąca, więc jego maksima leżą tam, gdzie siła tnąca przechodzi przez zero: pod siłą skupioną, wewnątrz obciążenia ciągłego albo nad podporą przy wsporniku. W utwierdzeniu belki wspornikowej moment jest największy przy ścianie. Porównaj wartości M w tych miejscach, zarówno dodatnie (zginanie „w dół”), jak i ujemne.

Reakcje podpór

Zapisz momenty względem jednej podpory, a potem użyj bilansu sił pionowych.

R1 = 102 kN, R2 = 153 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 = 174, MC = 288 kN·m, MD = 222, ME = 96, MF = −90, MG = 0

Odpowiedź

Punkt C: MC = 288 kN·m
7.Ugięcie belki

Odpowiedź: δmax = 1,263 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 = 2000 mm
EI = 1,32 × 10¹² N·mm²

Ugięcie

δmax = 5wL⁴/(384EI) = 5·8·2000⁴/(384·1,32 × 10¹²) = 1,263 mm

Odpowiedź

δmax = 1,263 mm
8.Ugięcie belki

Odpowiedź: Ireq = 8,571 × 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 = 4000/360 = 11,11 mm

Wymagany moment bezwładności

I = 5wL⁴/(384·E·δallow) = 5·2·4000⁴/(384·70000·11,11) = 8,571 × 10⁶ mm⁴
Ireq = 8,571 × 10⁶ mm⁴

Odpowiedź

Ireq = 8,571 × 10⁶ mm⁴
9.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: Pcr = 19,83 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 = 100·30³/12 = 225000 mm⁴

Długość wyboczeniowa

KL = 0,7·4000 = 2800 mm

Siła krytyczna

Pcr = π²EI/(KL)² = π²·70000·225000/2800² = 19827 N = 19,83 kN

Odpowiedź

Pcr = 19,83 kN
10.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: d = 81,38 mm

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

Wymagana siła krytyczna

Pcr = n·P = 2·85000 = 170000 N
KL = 2·2500 = 5000 mm

Wyznacz średnicę

d = (64·n·P·(KL)²/(π³E))^(1/4) = (64·170000·5000²/(π³·200000))^(1/4) = 81,38 mm

Odpowiedź

d = 81,38 mm

Sprawdzenie: smukłość KL/r wynosi 245,8, więc słup jest smukły i wzór Eulera obowiązuje.

11.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: Ix = 4,192 × 10⁶ mm⁴

Przekroje złożone: podziel przekrój na prostokąty. Środek ciężkości to średnia ważona polami ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ. Moment bezwładności względem osi centralnej sumuje własne bh³/12 każdej części i człon Steinera A·d², gdzie d to odległość środka ciężkości części od środka ciężkości całości. Naprężenie od zginania to σ = M·y/I.

Podziel na prostokąty

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

baza: A1 = 260·8 = 2080 mm², y1 = 4 mm
dwa ramiona: A2 = 2·8·102 = 1632 mm², y2 = 8 + 102/2 = 59 mm

Środek ciężkości

ȳ = (2080·4 + 1632·59)/3712 = 28,18 mm

Twierdzenie Steinera

baza: 260·8³/12 + 2080·(4 − 28,18)² = 1,227 × 10⁶ mm⁴
dwa ramiona: 2·8·102³/12 + 1632·(59 − 28,18)² = 2,965 × 10⁶ mm⁴
Ix = 1,227 × 10⁶ + 2,965 × 10⁶
Ix = 4,192 × 10⁶ mm⁴ = 4,192 × 10⁶ mm⁴

Odpowiedź

Ix = 4,192 × 10⁶ mm⁴
12.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: σgóra = 12,07 MPa

Przekroje złożone: podziel przekrój na prostokąty. Środek ciężkości to średnia ważona polami ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ. Moment bezwładności względem osi centralnej sumuje własne bh³/12 każdej części i człon Steinera A·d², gdzie d to odległość środka ciężkości części od środka ciężkości całości. Naprężenie od zginania to σ = M·y/I.

Podziel na dwa prostokąty

Mierz każde y od dolnej krawędzi.

półka: Af = 160·20 = 3200 mm², yf = 200 + 20/2 = 210 mm
środnik: Aw = 10·200 = 2000 mm², yw = 200/2 = 100 mm

Środek ciężkości

ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (3200·210 + 2000·100)/5200 = 167,7 mm

Twierdzenie Steinera

półka: 160·20³/12 + 3200·(210 − 167,7)² = 5,834 × 10⁶ mm⁴
środnik: 10·200³/12 + 2000·(100 − 167,7)² = 1,583 × 10⁷ mm⁴
Ix = 5,834 × 10⁶ + 1,583 × 10⁷ = 2,167 × 10⁷ mm⁴

Naprężenie od zginania

Górna krawędź jest w odległości h − ȳ od osi.

y = 220 − 167,7 = 52,31 mm
σ = M·y/I = 5 × 10⁶·52,31/2,167 × 10⁷ = 12,07 MPa

Odpowiedź

σgóra = 12,07 MPa
13.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: σ′ = 110,6 kPa

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

Naprężenie całkowite

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

σ = γd·zw + γsat·(z − zw) = 16,5·3 + 20·6 = 169,5 kPa

Ciśnienie wody w porach

Ciśnienie wody rośnie z głębokością poniżej zwierciadła.

u = γw·(z − zw) = 9,81·6 = 58,86 kPa

Naprężenie efektywne

σ′ = σ − u = 169,5 − 58,86 = 110,6 kPa

Odpowiedź

σ′ = 110,6 kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: σ′ = 83,83 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·1 + γsat,sand·5 + γsat,clay·2
σ = 17·1 + 19,5·5 + 19·2 = 152,5 kPa

Ciśnienie wody w porach

Ciśnienie wody rośnie z głębokością poniżej zwierciadła.

u = γw·(z − zw) = 9,81·7 = 68,67 kPa

Naprężenie efektywne

σ′ = σ − u = 152,5 − 68,67 = 83,83 kPa

Odpowiedź

σ′ = 83,83 kPa
15.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: S = 195,8 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 = 2·90 = 180 kPa

Porównaj z naprężeniem prekonsolidacji

σ′f = 90 + 170 = 260 kPa > 180 kPa

Osiadanie

Ponowne ściskanie do σ′p, ściskanie pierwotne powyżej.

S = 0,03·8/(1 + 1)·log₁₀(180/90) + 0,25·8/(1 + 1)·log₁₀(260/180)
S = 36,12 + 159,7 = 195,8 mm

Odpowiedź

S = 195,8 mm
16.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: t = 8,161 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 = 4,5 m

Czas

t = Tv·Hdr²/cv = 0,403·4,5²/1 = 8,161 lata

Odpowiedź

t = 8,161 lata
17.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: F = 103 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 + 3/2 = 3,5 m
A = H·b = 3·1 = 3 m²
zasuwad = 2 mH = 3 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·3,5·3 = 103 kN

Odpowiedź

F = 103 kN
18.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: ycp = 3,028 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 + 1/2 = 3 m
A = H·b = 1·1 = 1 m²
zasuwad = 2,5 mH = 1 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 1260·9,81·3·1 = 37,08 kN

Środek parcia

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

Ic = b·H³/12 = 1·1³/12 = 0,08333 m⁴
ycp = yc + Ic/(yc·A) = 3 + 0,08333/(3·1) = 3,028 m

Odpowiedź

ycp = 3,028 m
19.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: hf = 0,7345 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·0,15²/4 = 0,01767 m²
V = Q/A = 0,03/0,01767 = 1,698 m/s

Wysokość prędkości

V²/(2g) = 1,698²/(2·9,81) = 0,1469 m

Darcy–Weisbach

hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,015·(50/0,15)·1,698²/(2·9,81) = 0,7345 m

Odpowiedź

hf = 0,7345 m
20.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: Δz = 4,48 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 = 0,015/0,007854 = 1,91 m/s
V²/(2g) = 0,1859 m

Współczynniki strat

f·L/D = 0,02·100/0,1 = 20
ΣK = 0,5 + 2·0,3 + 2 + 1,0 = 4,1

Całkowita strata wysokości

hf = 20·0,1859 = 3,718 m
hm = 4,1·0,1859 = 0,7622 m
Δz = hf + hm = 4,48 m

Odpowiedź

Δz = 4,48 m
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: Q = 1,169 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 + 1·0,7)·0,7 = 1,89 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 2 + 2·0,7·√(1 + 1²) = 3,98 m
R = A/P = 0,4749 m

Prędkość

V = (1/0,022)·0,47492/3·0,00051/2 = 0,6187 m/s

Natężenie przepływu

Q = A·V = 1,89·0,6187 = 1,169 m³/s

Odpowiedź

Q = 1,169 m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: S = 0,00175 m/m

Wzór Manninga (SI): dla przepływu jednostajnego w kanale otwartym V = (1/n)·R2/3·S1/2 i Q = A·V, gdzie n to współczynnik szorstkości, S to spadek dna (m/m), a R = A/P to promień hydrauliczny: pole przekroju przepływu podzielone przez obwód zwilżony. Do P wlicza się tylko brzeg stykający się z wodą, a nie swobodne zwierciadło. Prostokąt: A = b·y, P = b + 2y. Trapez o nachyleniu skarp z:1 (poziomo:pionowo): A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²). Rura kołowa wypełniona całkowicie lub do połowy ma R = D/4.

Promień hydrauliczny

R = D/4 = 0,45/4 = 0,1125 m

Wyznacz S ze wzoru Manninga

S = (n·V/R2/3)² = (0,013·0,75/0,233)² = 0,00175

Odpowiedź

S = 0,00175

To spadek o 1,75 m na kilometr.

23.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: η = 80,26 %

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 = 1000·9,81·0,015·24 = 3,532 kW

Sprawność

η = Ph/Pshaft = 3,532/4,4 = 80,26%

Odpowiedź

η = 80,26%
24.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: Pshaft = 38,34 kW

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

Prędkość

V = Q/A = 0,075/0,03142 = 2,387 m/s
V²/(2g) = 0,2905 m

Straty wysokości

hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (11 + 8)·0,2905 = 5,519 m

Wysokość podnoszenia pompy

H = Δz + hL = 32 + 5,519 = 37,52 m

Moc na wale

Pshaft = ρ·g·Q·H/η = 1000·9,81·0,075·37,52/0,72 = 38,34 kW

Odpowiedź

Pshaft = 38,34 kW
25.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: FV = 21657 €

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 = r/m = 0,04/4 = 0,01
N = m·n = 4·2 = 8

Wartość przyszła

FV = 20 000·(1 + 0,01)8 = 20 000·1,083 = €21 657,13

Odpowiedź

FV = €21 657,13
26.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: FV = 29082 €

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 = 12·15 = 180

Wartość przyszła wpłat

FV = A·((1 + i)N − 1)/i = 100·(2,454 − 1)/0,005 = €29 081,87

Odpowiedź

FV = €29 081,87

Sam wpłaciłeś €18 000; reszta to odsetki.

27.NPV i IRR

Odpowiedź: NPV = −2598 €

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 rocznych przepływów

6 000·3,791 = 22 744,72

Wartość bieżąca wartości końcowej

7 500/1,611 = 4 656,91

NPV

NPV = −30 000 + 22 744,72 + 4 656,91 = −€2 598,37

Odpowiedź

NPV = −€2 598,37
28.NPV i IRR

Odpowiedź: IRR = 19,25 %

Wartość bieżąca netto: zdyskontuj każdy przepływ do dziś wymaganą stopą zwrotu r i zsumuj: NPV = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ. Projekt z NPV > 0 zarabia więcej niż r i tworzy wartość. Wewnętrzna stopa zwrotu (IRR) to stopa, przy której NPV = 0.

Ogranicz IRR z obu stron

NPV maleje, gdy stopa rośnie, więc IRR leży między stopą z dodatnią a stopą z ujemną NPV.

NPV(15%) = 776,69
NPV(20%) = −127,31

Zawężaj

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

IRR ≈ 15 + 5·776,69/(776,69 − (−127,31)) = 19,3%
dokładnie: NPV(19,25%) = 0 → IRR = 19,25%

Odpowiedź

IRR = 19,25%
29.Rozkład normalny

Odpowiedź: z = 1,5

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 + 0,8664)/2 = 0,9332

Czytaj tablicę z wstecz

Znajdź 0,9332 wewnątrz tablicy i odczytaj z.

z = 1,50

Odpowiedź

z = 1,50
30.Rozkład normalny

Odpowiedź: x = 124,7 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) = 0,95 → z = 1,645

Powrót do x

x = 100 + 1,645·15 = 124,67 pkt

Odpowiedź

x = 124,67 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