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​ = 65 kNP2​ = 50 kNABCRB​ = ?2,5 m2 m1,5 m

Belka ma podporę nieprzesuwną w A i przesuwną w B, w odległości 4,5 m od A, i wystaje poza B aż do swobodnego końca C. Wyznacz reakcję pionową RB, przyjmując zwrot w górę jako dodatni.

AB = 4,5 mAC = 6 mP1 = 65 kN w 2,5 mP2 = 50 kN w 6 m
RB = kN
2.Reakcje podpór belekTrudny
w = 5 kN/mP = 40 kNABRA​ = ?RB​3 m2 m3 m

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

L = 8 mP = 40 kN w 3 mw = 5 kN/m od 3 do 5 m
RA = kN
3.Kratownica: równoważenie węzłówŚredni
ABBCACACB15 kN5 m2 m4 m

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

rozpiętość = 5 mwysokość = 4 mB jest 2 m od Aobciążenie pionowe = 15 kN
FBC = kN
4.Kratownica: równoważenie węzłówTrudny
ABCDEFGH10 kN30 kN35 kN25 kN40 kN4 × 4 m3 m

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

D: 10 kN ↓F: 30 kN ↓G: 35 kN ↓H: 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 BG
  13. 13pręt DG
5.Siła tnąca i moment zginającyŚredni
4 kN/m55 kNABCDEFG1 m1 m1 m1 m1 m1 m

Punkty od A do G dzielą belkę na sześć równych części. W którym punkcie moment zginający ma największą wartość bezwzględną, dodatni lub ujemny? Kliknij go na rysunku.

55 kN @ 4 m4 kN/m, 2–5 m
  1. 1A (x = 0 m)
  2. 2B (x = 1 m)
  3. 3C (x = 2 m)
  4. 4D (x = 3 m)
  5. 5E (x = 4 m)
  6. 6F (x = 5 m)
  7. 7G (x = 6 m)
6.Siła tnąca i moment zginającyTrudny
w = 2 kN/mP = 50 kNABprzekrój3 m5 m

Wyznacz moment zginający Mx w przekroju x = 3 m od podpory A. Przyjmij dodatnie momenty rozciągające dolne włókna i dodatnią siłę tnącą skierowaną w górę na lewej ściance.

L = 8 mP = 50 kN w 3 mw = 2 kN/m od 0 do 8 mx = 3 m
Mx = kN·m
7.Ugięcie belkiŚredni
P = 2 kNABδ2 m1 m

Belka swobodnie podparta przenosi siłę skupioną P w odległości a = 2 m od podpory A. Wyznacz ugięcie δP pod siłą.

P = 2 kNa = 2 mL = 3 mE = 11 GPa (drewno konstrukcyjne)I = 57 × 10⁶ mm⁴
δP = mm
8.Ugięcie belkiTrudny
w = 2 kN/mABδ6 m

Belka drewniana swobodnie podparta o przekroju prostokątnym i szerokości 150 mm przenosi obciążenie równomiernie rozłożone w na całej rozpiętości. Jej ugięcie w środku rozpiętości nie może przekroczyć rozpiętość/250. Wyznacz najmniejszą wysokość hreq przekroju.

w = 2 kN/mL = 6 mE = 11 GPa (drewno konstrukcyjne)b = 150 mm
hreq = mm
9.Wyboczenie słupówŚredni
PL = 1 m25 × 60 mmprzekrój poprzeczny

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

L = 1 mE = 200 GPa (stal)b × h = 25 × 60 mm
Pcr = kN
10.Wyboczenie słupówTrudny
PL = 3 md = 30 mmprzekrój poprzeczny

Słup o długości L z materiału (stal) jest utwierdzony u podstawy i wolny u góry. Wyznacz jego smukłość i naprężenie krytyczne σcr ze wzoru Eulera.

L = 3 mE = 200 GPa (stal)d = 30 mm
σcr = MPa
11.Środek ciężkości i moment bezwładnościŚredni
170240248xwymiary w mm

Symetryczny dwuteownik ma półki o szerokości 170 mm i grubości 24 mm, wysokość całkowitą 240 mm i środnik o grubości 8 mm. Wyznacz jego moment bezwładności Ix względem poziomej osi centralnej x.

B = 170 mmH = 240 mmtf = 24 mmtw = 8 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Środek ciężkości i moment bezwładnościTrudny
150420188xM = 100 kN·mwymiary w mm

Symetryczny dwuteownik ma półki o szerokości 150 mm i grubości 18 mm, wysokość całkowitą 420 mm i środnik o grubości 8 mm. Przenosi moment zginający 100 kN·m względem osi x. Wyznacz wartość naprężenia od zginania σj na styku środnika z górną półką.

B = 150 mmH = 420 mmtf = 18 mmtw = 8 mmM = 100 kN·m
σj = MPa
13.Naprężenie efektywne w gruncieŚredni
piasekγd​ = 15,5 kN/m³γsat​ = 20 kN/m³12 mzwierciadło wody gruntowejXz = 9 m

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

z = 9 mzw = 3 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 15,5 kN/m³piasek: γsat = 20 kN/m³
u = kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncieTrudny
piasekγd​ = 15 kN/m³γsat​ = 19,5 kN/m³4 mglinaγsat​ = 18 kN/m³5 mzwierciadło wody gruntowejXz = 6,5 m

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

z = 6,5 mzw = 3 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 15 kN/m³piasek: γsat = 19,5 kN/m³glina: γsat = 18 kN/m³
σ′ = kPa
15.Osiadanie konsolidacyjneŚredni
Δσ = 170 kPapiasekglinaCc​ = 0,3, Cr​ = 0,05e0​ = 0,8σ′0​ = 100 kPaσ′p​ = 180 kPa7,5 mzwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny prekonsolidowanej o miąższości 7,5 m ma Cc = 0,3, Cr = 0,05 i e₀ = 0,8. W połowie jej głębokości efektywne naprężenie pionowe wynosi 100 kPa i naprężenie prekonsolidacji wynosi 180 kPa. Nowy budynek zwiększa naprężenie pionowe w połowie głębokości o 170 kPa. Wyznacz osiadanie konsolidacyjne pierwotne S w mm.

H = 7,5 mCc = 0,3Cr = 0,05e0 = 0,8σ′0 = 100 kPaσ′p = 180 kPaΔσ = 170 kPa
S = mm
16.Osiadanie konsolidacyjneTrudny
piasekglinaH = 7,5 mcv​ = 2,5 m²/rok7,5 mpiasekzwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny o miąższości 7,5 m ma współczynnik konsolidacji cv = 2,5 m²/rok. Leży między dwiema warstwami piasku, więc woda odpływa górą i dołem. Dla średniego stopnia konsolidacji 50% czynnik czasu wynosi Tv = 0,197. Po ilu latach t warstwa osiągnie 50% konsolidacji?

H = 7,5 mcv = 2,5 m²/rokU = 50%Tv = 0,197drenaż dwustronny
t = lata
17.Parcie hydrostatyczneŚredni
zasuwad = 1 mH = 1 m

Pionowa prostokątna zasuwa o szerokości 1,5 m znajduje się w ścianie zbiornika z cieczą (woda), z górną krawędzią 1 m pod powierzchnią. Wyznacz wypadkową siłę parcia hydrostatycznego F na zasuwę.

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

Pionowa prostokątna zasuwa o szerokości 3 m znajduje się w ścianie zbiornika z cieczą (woda), z górną krawędzią 1 m pod powierzchnią. Wyznacz wypadkową siłę parcia hydrostatycznego F na zasuwę.

d = 1 mH = 3 mb = 3 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
19.Tarcie w rurach i straty wysokościŚredni
V = 0,9 m/sD = 250 mmL = 100 mf = 0,03

Woda płynie z prędkością średnią 0,9 m/s przez rurę o długości 100 m i średnicy wewnętrznej 250 mm. Przyjmij współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,03 i g = 9,81 m/s². Wyznacz stratę wysokości na tarcie hf.

V = 0,9 m/sL = 100 mD = 250 mmf = 0,03g = 9,81 m/s²
hf = m
20.Tarcie w rurach i straty wysokościTrudny
K = 2swobodny wypływH = ?L = 150 m, D = 300 mm, f = 0,0184× kolano (K = 0,3)

Rura o długości 150 m i średnicy wewnętrznej 300 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 4 (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 150 L/s?

Q = 150 L/sL = 150 mD = 300 mmf = 0,018Kentrance = 0,5Kbend = 0,3 (×4)Kvalve = 2
H = m
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Średni
b = 6 my = 0,9 m2 : 1n = 0,015, S = 0,001

Trapezowy kanał (mur ceglany) ma szerokość dna 6 m i nachylenie skarp 2:1 (poziomo:pionowo). Woda płynie ruchem jednostajnym na głębokości 0,9 m. Współczynnik Manninga n = 0,015, a spadek dna S = 0,001. Wyznacz natężenie przepływu Q w m³/s.

b = 6 my = 0,9 mz = 2n = 0,015S = 0,001
Q = m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Trudny
b = 2,5 my = 0,6 m3 : 1n = 0,015, Q = 5,2 m³/s

Trapezowy kanał (mur ceglany) o szerokości dna 2,5 m i nachyleniu skarp 3:1 (poziomo:pionowo) ma przeprowadzić 5,2 m³/s w przepływie jednostajnym przy głębokości 0,6 m. Współczynnik Manninga n = 0,015. Wyznacz wymagany spadek dna S (w m/m).

Q = 5,2 m³/sb = 2,5 my = 0,6 mz = 3n = 0,015
S = m/m
23.Pompy i moc pompŚredni
PQ = 15 L/sH = 38 m

Pompa o sprawności 85% tłoczy 15 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) przy wysokości podnoszenia 38 m. Przyjmij g = 9,81 m/s². Wyznacz potrzebną moc na wale Pshaft, w kW.

Q = 15 L/sH = 38 mη = 85%g = 9,81 m/s²
Pshaft = kW
24.Pompy i moc pompTrudny
PQ = 80 L/sΔz = 9 mL = 150 m, D = 200 mm, f = 0,025, ΣK = 4

Pompa przetłacza 80 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) z otwartego dolnego zbiornika do górnego zbiornika, którego zwierciadło wody leży 9 m wyżej. Rura ma długość 150 m, średnicę wewnętrzną 200 mm i współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,025; współczynniki strat miejscowych sumują się do ΣK = 4 (łącznie z wlotem i wylotem). Przyjmij g = 9,81 m/s². Wyznacz wysokość podnoszenia H, którą musi zapewnić pompa.

Q = 80 L/sΔz = 9 mL = 150 mD = 200 mmf = 0,025ΣK = 4
H = m
25.Wartość pieniądza w czasieŚredni
lata0123…9PV = ?€8 000+2,5%+2,5%…r = 8,5%

Nieruchomość ma w przyszłym roku przynieść czynsz netto €8 000. Oczekuje się, że czynsz będzie rósł o 2,5 % rocznie bez końca. Wymagana stopa zwrotu wynosi 8,5 % rocznie. Wyznacz dzisiejszą wartość PV nieruchomości.

C1 = €8 000g = 2,5%r = 8,5%
PV = €
26.Wartość pieniądza w czasieTrudny
miesiące0123…192A?AA€30 000

Za 16 lat chcesz mieć €30 000. Na koniec każdego miesiąca odkładasz tę samą kwotę na konto oprocentowane 4,8 % rocznie z kapitalizacją miesięczną. Wyznacz miesięczną wpłatę A.

FV = €30 0004,8% / 12N = 192
A = €
27.NPV i IRRŚredni
lata01234−80 00023 00023 00023 00043 000

Maszyna kosztuje dziś €80 000. Przynosi €23 000 na koniec każdego roku przez 4 lat, a potem można ją sprzedać za €20 000. Koszt kapitału wynosi 6 %. Wyznacz wartość bieżącą netto NPV.

C0 = €80 000CF = €23 000S = €20 000n = 4r = 6%
NPV = €
28.NPV i IRRTrudny
lata0123−10 0003 5004 5005 000

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

r = 6%CF0 = −10 000CF1 = 3 500CF2 = 4 500CF3 = 5 000
MIRR = %
29.Rozkład normalnyŚredni
−3−2−10123zzacieniowane pole między −z a z = 0,7415

Przeciągnij z tak, aby zacieniowane pole między −z a z pod standardową krzywą normalną wynosiło 0,7415. Znajdź z z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku.

A = 0,7415
z =
30.Rozkład normalnyTrudny
μ = 178x = ?99%

Rozkład wzrostu dorosłych mężczyzn jest normalny ze średnią 178 cm i odchyleniem standardowym 7 cm. Wyznacz wartość x, poniżej której leży 99% wszystkich wartości (99. percentyl).

μ = 178σ = 7P = 99%
x = cm

3Roztwory

1.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: RB = 102,8 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·4,5 = 65·2,5 + 50·6
RB = 462,5/4,5 = 102,8 kN

Równowaga sił pionowych

RA = 65 + 50 − 102,8 = 12,22 kN

Odpowiedź

RB = 102,8 kN
2.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: RA = 30 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 = 5 kN/mP = 40 kNABRA​RB​3 m2 m3 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 = 5·2 = 10 kN, przyłożona w x̄ = 4 m
ΣMA = 0: RB·8 = 40·3 + 5·2·4
RB = 160/8 = 20 kN
ΣFy = 0: RA = 50 − 20 = 30 kN

Odpowiedź

RA = 30 kN
3.Kratownica: równoważenie węzłów

Odpowiedź: FBC = −7,5 kN

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

ABBCACACB15 kNAy​Cy​

Reakcje podpór

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

ΣMA = 0: Cy·5 = 15·2 → Cy = 6 kN
ΣFy = 0: Ay = 15 − 6 = 9 kN

Węzeł C

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

sin γ = 4/5 = 0,8, cos γ = 3/5 = 0,6
ΣFy = 0: Cy + FBC·sin γ = 0 → FBC = −6/0,8 = −7,5 kN

Odpowiedź

FBC = −7,5 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: 35 kN (T), BC: 70 kN (T), CD: 70 kN (T), DE: 58,33 kN (T), FG: 75 kN (C), GH: 98,33 kN (C), AF: 93,75 kN (C), HE: 72,92 kN (C), BF: 26,25 kN (T), CG: 0, DH: 18,75 kN (T), BG: 43,75 kN (C), DG: 14,58 kN (C)

Odpowiedź

Pręt zerowy: CG
5.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: E (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 = 23,33 kN, R2 = 43,67 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 = 23,33, MC = 46,67, MD = 68, ME = 85,33 kN·m, MF = 43,67, MG = 0

Odpowiedź

Punkt E: ME = 85,33 kN·m
6.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: Mx = 108,8 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 = 2·8 = 16 kN, przyłożona w x̄ = 4 m
ΣMA = 0: RB·8 = 50·3 + 2·8·4
RB = 214/8 = 26,75 kN
ΣFy = 0: RA = 66 − 26,75 = 39,25 kN
w = 2 kN/mP = 50 kNABRA​ = 39,25RB​ = 26,75przekrój3 m5 m

Przetnij w x = 3 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 = 39,25·3 − 2·3·1,5 = 108,8 kN·m

Odpowiedź

Mx = 108,8 kN·m
7.Ugięcie belki

Odpowiedź: δP = 1,418 mm

Ugięcie belek: ugięcia otrzymuje się, całkując dwukrotnie krzywiznę M/(EI). Typowe przypadki są stablicowane, na przykład PL³/(3EI) dla wspornika z siłą na końcu i 5wL⁴/(384EI) dla belki swobodnie podpartej z obciążeniem równomiernym na całej rozpiętości. Ugięcia od różnych obciążeń się sumują (superpozycja).

Spójne jednostki

Licz w N i mm: P w N, w w N/mm (kN/m = N/mm), L w mm, E w N/mm² (GPa × 1000), I w mm⁴.

P = 2000 N, a = 2000 mm, b = 1000 mm, L = 3000 mm
EI = 6,27 × 10¹¹ N·mm²

Ugięcie pod siłą

δP = Pa²b²/(3EIL) = 2000·2000²·1000²/(3·6,27 × 10¹¹·3000) = 1,418 mm

Odpowiedź

δP = 1,418 mm
8.Ugięcie belki

Odpowiedź: hreq = 217,1 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 = 2 N/mm, L = 6000 mm, E = 11000 N/mm²

Warunek ugięcia

δallow = L/250 = 6000/250 = 24 mm

Wymagany moment bezwładności

Ireq = 5wL⁴/(384·E·δallow) = 5·2·6000⁴/(384·11000·24) = 1,278 × 10⁸ mm⁴

Wymagana wysokość

bh³/12 = Ireq → h = (12·1,278 × 10⁸/150)1/3 = 217,1 mm

Odpowiedź

hreq = 217,1 mm

W praktyce wybierz najbliższą większą wysokość znormalizowaną.

9.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: Pcr = 314,7 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 = 60·25³/12 = 78125 mm⁴

Długość wyboczeniowa

KL = 0,7·1000 = 700 mm

Siła krytyczna

Pcr = π²EI/(KL)² = π²·200000·78125/700² = 314720 N = 314,7 kN

Odpowiedź

Pcr = 314,7 kN
10.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: σcr = 3,084 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 = 2·3000 = 6000 mm
KL/r = 6000/7,5 = 800

Naprężenie krytyczne

σcr = π²E/(KL/r)² = π²·200000/800² = 3,084 MPa

Odpowiedź

σcr = 3,084 MPa
11.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: Ix = 100,3 × 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 = 240 − 2·24 = 192 mm
Ix = (B·H³ − (B − tw)·hw³)/12 = (170·240³ − 162·192³)/12
Ix = 1,003 × 10⁸ mm⁴ = 100,3 × 10⁶ mm⁴

Odpowiedź

Ix = 100,3 × 10⁶ mm⁴
12.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: σj = 74,98 MPa

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

Prostokąt zewnętrzny minus dwa boczne wycięcia

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

hw = 420 − 2·18 = 384 mm
Ix = (B·H³ − (B − tw)·hw³)/12 = (150·420³ − 142·384³)/12
Ix = 2,561 × 10⁸ mm⁴

Naprężenie od zginania

y = 210 − 18 = 192 mm
σ = M·y/I = 1 × 10⁸·192/2,561 × 10⁸ = 74,98 MPa

Odpowiedź

σj = 74,98 MPa
13.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: u = 58,86 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 = 58,86 kPa

Odpowiedź

u = 58,86 kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: σ′ = 75,16 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·3 + γsat,sand·1 + γsat,clay·2,5
σ = 15·3 + 19,5·1 + 18·2,5 = 109,5 kPa

Ciśnienie wody w porach

Ciśnienie wody rośnie z głębokością poniżej zwierciadła.

u = γw·(z − zw) = 9,81·3,5 = 34,34 kPa

Naprężenie efektywne

σ′ = σ − u = 109,5 − 34,34 = 75,16 kPa

Odpowiedź

σ′ = 75,16 kPa
15.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: S = 273,3 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 = 100 + 170 = 270 kPa > 180 kPa

Osiadanie

Ponowne ściskanie do σ′p, ściskanie pierwotne powyżej.

S = 0,05·7,5/(1 + 0,8)·log₁₀(180/100) + 0,3·7,5/(1 + 0,8)·log₁₀(270/180)
S = 53,18 + 220,1 = 273,3 mm

Odpowiedź

S = 273,3 mm
16.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: t = 1,108 lata

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

Droga filtracji

Hdr = H/2 = 7,5/2 = 3,75 m

Czas

t = Tv·Hdr²/cv = 0,197·3,75²/2,5 = 1,108 lata

Odpowiedź

t = 1,108 lata
17.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: F = 22,07 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 = 1 + 1/2 = 1,5 m
A = H·b = 1·1,5 = 1,5 m²
zasuwad = 1 mH = 1 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·1,5·1,5 = 22,07 kN

Odpowiedź

F = 22,07 kN
18.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: F = 220,7 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 = 1 + 3/2 = 2,5 m
A = H·b = 3·3 = 9 m²
zasuwad = 1 mH = 3 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·2,5·9 = 220,7 kN

Odpowiedź

F = 220,7 kN
19.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: hf = 0,4954 m

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

Wysokość prędkości

V²/(2g) = 0,9²/(2·9,81) = 0,04128 m

Darcy–Weisbach

hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,03·(100/0,25)·0,9²/(2·9,81) = 0,4954 m

Odpowiedź

hf = 0,4954 m
20.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: H = 3,144 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 = 0,15/0,07069 = 2,122 m/s
V²/(2g) = 0,2295 m

Współczynniki strat

f·L/D = 0,018·150/0,3 = 9
ΣK = 0,5 + 4·0,3 + 2 = 3,7

Równanie energii

Strumień na wylocie nadal niesie swoją wysokość prędkości; to nie strata, ale trzeba ją dostarczyć.

H = (1 + 9 + 3,7)·0,2295 = 3,144 m

Odpowiedź

H = 3,144 m
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: Q = 11,67 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 = (6 + 2·0,9)·0,9 = 7,02 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 6 + 2·0,9·√(1 + 2²) = 10,02 m
R = A/P = 0,7003 m

Prędkość

V = (1/0,015)·0,70032/3·0,0011/2 = 1,662 m/s

Natężenie przepływu

Q = A·V = 7,02·1,662 = 11,67 m³/s

Odpowiedź

Q = 11,67 m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: S = 0,003002 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 = (2,5 + 3·0,6)·0,6 = 2,58 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 2,5 + 2·0,6·√(1 + 3²) = 6,295 m
R = A/P = 0,4099 m

Wyznacz S ze wzoru Manninga

S1/2 = n·Q/(A·R2/3) = 0,015·5,2/(2,58·0,5518) = 0,05479
S = 0,05479² = 0,003002

Odpowiedź

S = 0,003002

To spadek o 3,002 m na kilometr.

23.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: Pshaft = 6,578 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 = 1000·9,81·0,015·38 = 5,592 kW

Moc na wale

Pshaft = Ph/η = 5,592/0,85 = 6,578 kW

Odpowiedź

Pshaft = 6,578 kW
24.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: H = 16,52 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 = 0,08/0,03142 = 2,546 m/s
V²/(2g) = 0,3305 m

Straty wysokości

hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (18,75 + 4)·0,3305 = 7,519 m

Wysokość podnoszenia pompy

Oba zwierciadła są otwarte i praktycznie w spoczynku, więc człony ciśnienia i prędkości znikają.

H = Δz + hL = 9 + 7,519 = 16,52 m

Odpowiedź

H = 16,52 m
25.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: PV = 133333 €

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

Rosnąca renta wieczysta

PV = C1/(r − g) = 8 000/(0,085 − 0,025) = 8 000/0,06 = €133 333,33

Odpowiedź

PV = €133 333,33
26.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: A = 104,2 €

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 = 0,048/12 = 0,004
N = 12·16 = 192

Wpłata

A = FV·i/((1 + i)N − 1) = 30 000·0,004/(2,152 − 1) = €104,15

Odpowiedź

A = €104,15
27.NPV i IRR

Odpowiedź: NPV = 15539 €

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

23 000·3,465 = 79 697,43

Wartość bieżąca wartości końcowej

20 000/1,262 = 15 841,87

NPV

NPV = −80 000 + 79 697,43 + 15 841,87 = €15 539,30

Odpowiedź

NPV = €15 539,30
28.NPV i IRR

Odpowiedź: MIRR = 11,07 %

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

Wartość końcowa wpływów

3 500·1,062 = 3 932,60
4 500·1,061 = 4 770,00
5 000·1,060 = 5 000,00
TV = 13 702,60

MIRR

MIRR = (13 702,60/10 000)1/3 − 1 = 11,07%

Odpowiedź

MIRR = 11,07%
29.Rozkład normalny

Odpowiedź: z = 1,13

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 + 0,7415)/2 = 0,8708

Czytaj tablicę z wstecz

Znajdź 0,8708 wewnątrz tablicy i odczytaj z.

z = 1,13

Odpowiedź

z = 1,13
30.Rozkład normalny

Odpowiedź: x = 194,3 cm

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) = 0,99 → z = 2,326

Powrót do x

x = 178 + 2,326·7 = 194,28 cm

Odpowiedź

x = 194,28 cm

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