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​ = 25 kNP2​ = 10 kNABRA​RB​ = ?2 m5 m3 m

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

L = 10 mP1 = 25 kN w 2 mP2 = 10 kN w 7 m
RB = kN
2.Reakcje podpór belekTrudny
w = 2 kN/mP = 45 kNQ = 55 kNADCMA​ = ?3 m1 m3 m1 m

Belka złożona jest utwierdzona w ścianie w A, ma przegub wewnętrzny w C (4 m od A) i opiera się na podporze przesuwnej w D (8 m od A). Przenosi siłę skupioną P w odległości 7 m od A, obciążenie równomiernie rozłożone w na całej części CD i siłę skupioną Q w odległości 3 m od A. Wyznacz wartość momentu utwierdzenia MA w ścianie.

AC = 4 mAD = 8 mP = 45 kN w 7 mw = 2 kN/m od 4 do 8 mQ = 55 kN w 3 m
MA = kN·m
3.Kratownica: równoważenie węzłówŚredni
ABBCACACB45 kN5 m4 m4 m

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

rozpiętość = 5 mwysokość = 4 mB jest 4 m od Aobciążenie pionowe = 45 kN
FAC = kN
4.Kratownica: równoważenie węzłówTrudny
ABCDEFGH20 kN20 kN30 kN4 × 3 m4 m

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

F: 20 kN →G: 20 kN ↓H: 30 kN ↓
  1. 1pręt AB
  2. 2pręt BC
  3. 3pręt CD
  4. 4pręt DE
  5. 5pręt FG
  6. 6pręt GH
  7. 7pręt AF
  8. 8pręt HE
  9. 9pręt BF
  10. 10pręt CG
  11. 11pręt DH
  12. 12pręt BG
  13. 13pręt DG
5.Siła tnąca i moment zginającyŚredni
w = 3 kN/mP = 35 kNAB2 m0,5 m

Wspornik jest utwierdzony w A. Przenosi obciążenie równomiernie rozłożone w na całej długości oraz siłę skupioną P w odległości 2 m od A. Wyznacz moment zginający MA w utwierdzeniu A. Przyjmij dodatnie momenty rozciągające dolne włókna i dodatnią siłę tnącą skierowaną w górę na lewej ściance.

L = 2,5 mP = 35 kN w 2 mw = 3 kN/m od 0 do 2,5 m
MA = kN·m
6.Siła tnąca i moment zginającyTrudny
w = 4 kN/mP = 50 kNAB4 m6 m

Belka swobodnie podparta przenosi obciążenie równomiernie rozłożone w na całej rozpiętości oraz siłę skupioną P. Wyznacz maksymalny moment zginający Mmax w belce.

L = 10 mP = 50 kN w 4 mw = 4 kN/m od 0 do 10 m
Mmax = kN·m
7.Ugięcie belkiŚredni
P = 3 kNABδ2 m2 m

Wspornik o długości L jest utwierdzony w A i przenosi siłę skupioną P w odległości a = 2 m od A. Wyznacz ugięcie δP pod siłą.

P = 3 kNa = 2 mL = 4 mE = 200 GPa (stal)I = 8,5 × 10⁶ mm⁴
δP = mm
8.Ugięcie belkiTrudny
w = 8 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 = 8 kN/mL = 3 mE = 200 GPa (stal)
Ireq = × 10⁶ mm⁴
9.Wyboczenie słupówŚredni
PL = 4 m50 × 80 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 = 4 mE = 200 GPa (stal)b × h = 50 × 80 mm
Pcr = kN
10.Wyboczenie słupówTrudny
P = 10 kNL = 6 md = ?przekrój poprzeczny

Pełny słup okrągły o długości L z materiału (stal) jest utwierdzony na obu końcach. Ma przenieść 10 kN przy współczynniku bezpieczeństwa 3 względem wyboczenia. Wyznacz najmniejszą średnicę d.

P = 10 kNn = 3L = 6 mE = 200 GPa (stal)
d = mm
11.Środek ciężkości i moment bezwładnościŚredni
2304201214xwymiary w mm

Symetryczny dwuteownik ma półki o szerokości 230 mm i grubości 12 mm, wysokość całkowitą 420 mm i środnik o grubości 14 mm. Wyznacz jego moment bezwładności Ix względem poziomej osi centralnej x.

B = 230 mmH = 420 mmtf = 12 mmtw = 14 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Środek ciężkości i moment bezwładnościTrudny
100170223801616xwymiary w mm

Spawany dwuteownik ma półkę górną 100 × 22 mm, środnik o wysokości 380 mm i grubości 16 mm oraz półkę dolną 170 × 16 mm (szerokość × grubość). Wyznacz jego moment bezwładności Ix względem poziomej osi x przechodzącej przez środek ciężkości.

półka górna: 100 × 22 mmśrodnik: 16 × 380 mmpółka dolna: 170 × 16 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
13.Naprężenie efektywne w gruncieŚredni
piasekγd​ = 15,5 kN/m³γsat​ = 18,5 kN/m³9 mzwierciadło wody gruntowejXz = 9 m

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

z = 9 mzw = 1 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 15,5 kN/m³piasek: γsat = 18,5 kN/m³
u = kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncieTrudny
piasekγd​ = 16,5 kN/m³γsat​ = 20 kN/m³5 mglinaγsat​ = 17 kN/m³8 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 = 16,5 kN/m³piasek: γsat = 20 kN/m³glina: γsat = 17 kN/m³
u = kPa
15.Osiadanie konsolidacyjneŚredni
Δσ = 25 kPapiasekglinaCc​ = 0,35, Cr​ = 0,04e0​ = 1σ′0​ = 75 kPaσ′p​ = 105 kPa6,5 mzwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny prekonsolidowanej o miąższości 6,5 m ma Cc = 0,35, Cr = 0,04 i e₀ = 1. W połowie jej głębokości efektywne naprężenie pionowe wynosi 75 kPa i naprężenie prekonsolidacji wynosi 105 kPa. Nowy budynek zwiększa naprężenie pionowe w połowie głębokości o 25 kPa. Wyznacz osiadanie konsolidacyjne pierwotne S w mm.

H = 6,5 mCc = 0,35Cr = 0,04e0 = 1σ′0 = 75 kPaσ′p = 105 kPaΔσ = 25 kPa
S = mm
16.Osiadanie konsolidacyjneTrudny
piasekglinaH = 9 mcv​ = 2,5 m²/rok9 mnieprzepuszczalna skałazwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny o miąższości 9 m ma współczynnik konsolidacji cv = 2,5 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 = 9 mcv = 2,5 m²/rokU = 90%Tv = 0,848drenaż jednostronny
t = lata
17.Parcie hydrostatyczneŚredni
zasuwad = 0,5 mH = 2,5 m

Pionowa prostokątna zasuwa o szerokości 2 m znajduje się w ścianie zbiornika z cieczą (woda), z górną krawędzią 0,5 m pod powierzchnią. Wyznacz wypadkową siłę parcia hydrostatycznego F na zasuwę.

d = 0,5 mH = 2,5 mb = 2 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
18.Parcie hydrostatyczneTrudny
zasuwad = 3 mH = 1,5 m

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

d = 3 mH = 1,5 mb = 1 mρ = 1260 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
19.Tarcie w rurach i straty wysokościŚredni
V = 2,2 m/sD = 300 mmL = 500 mf = 0,02

Woda płynie z prędkością średnią 2,2 m/s przez rurę o długości 500 m i średnicy wewnętrznej 300 mm. Przyjmij współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,02 i g = 9,81 m/s². Wyznacz stratę wysokości na tarcie hf.

V = 2,2 m/sL = 500 mD = 300 mmf = 0,02g = 9,81 m/s²
hf = m
20.Tarcie w rurach i straty wysokościTrudny
K = 10swobodny wypływH = ?L = 200 m, D = 200 mm, f = 0,0154× kolano (K = 0,3)

Rura o długości 200 m i średnicy wewnętrznej 200 mm (współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,015) 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 = 10). Przyjmij g = 9,81 m/s². O ile H zwierciadło wody w zbiorniku musi leżeć wyżej niż wylot rury, aby natężenie przepływu wynosiło 40 L/s?

Q = 40 L/sL = 200 mD = 200 mmf = 0,015Kentrance = 0,5Kbend = 0,3 (×4)Kvalve = 10
H = m
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Średni
b = 2,5 my = 1,2 m2 : 1n = 0,03, S = 0,0005

Trapezowy kanał (grunt porośnięty trawą) ma szerokość dna 2,5 m i nachylenie skarp 2:1 (poziomo:pionowo). Woda płynie ruchem jednostajnym na głębokości 1,2 m. Współczynnik Manninga n = 0,03, a spadek dna S = 0,0005. Wyznacz natężenie przepływu Q w m³/s.

b = 2,5 my = 1,2 mz = 2n = 0,03S = 0,0005
Q = m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Trudny
b = 1 my = 2 mn = 0,022, Q = 2,7 m³/s

Prostokątny kanał (czysty grunt) o szerokości 1 m ma przeprowadzić 2,7 m³/s w przepływie jednostajnym przy głębokości 2 m. Współczynnik Manninga n = 0,022. Wyznacz wymagany spadek dna S (w m/m).

Q = 2,7 m³/sb = 1 my = 2 mn = 0,022
S = m/m
23.Pompy i moc pompŚredni
PQ = 80 L/sH = 68 m

Podczas próby pompa tłoczy 80 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) przy wysokości podnoszenia 68 m, a jej wał pobiera 68,4 kW. Przyjmij g = 9,81 m/s². Wyznacz sprawność pompy η w procentach.

Q = 80 L/sH = 68 mPshaft = 68,4 kWg = 9,81 m/s²
η = %
24.Pompy i moc pompTrudny
PQ = 30 L/sΔz = 14 mL = 200 m, D = 150 mm, f = 0,022, ΣK = 8

Pompa przetłacza 30 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) z otwartego dolnego zbiornika do górnego zbiornika, którego zwierciadło wody leży 14 m wyżej. Rura ma długość 200 m, średnicę wewnętrzną 150 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. Wyznacz wysokość podnoszenia H, którą musi zapewnić pompa.

Q = 30 L/sΔz = 14 mL = 200 mD = 150 mmf = 0,022ΣK = 8
H = m
25.Wartość pieniądza w czasieŚredni
lata0123…9€3 000FV = ?

Inwestujesz €3 000 przy nominalnej stopie 6 % rocznie z kapitalizacją kwartalną. Wyznacz wartość FV inwestycji po 9 latach.

PV = €3 0006% / 4n = 9
FV = €
26.Wartość pieniądza w czasieTrudny
miesiące0123…48€20 000A?AAA

Kredyt €20 000 spłaca się równymi ratami miesięcznymi przez 4 lat. Oprocentowanie wynosi 4,2 % rocznie z miesięczną kapitalizacją. Wyznacz ratę miesięczną A.

P = €20 0004,2% / 12N = 48
A = €
27.NPV i IRRŚredni
lata0123…9−200 00014 000+1%+1%…r = 9%, NPV = ?

Projekt kosztuje dziś €200 000. Na koniec pierwszego roku przynosi €14 000, a potem przepływ rośnie o 1 % rocznie bez końca. Koszt kapitału wynosi 9 %. Wyznacz wartość bieżącą netto NPV.

C0 = €200 000CF1 = €14 000g = 1%r = 9%
NPV = €
28.NPV i IRRTrudny
lata012345−40 00010 50010 50010 50010 50010 500

Inwestycja €40 000 przynosi €10 500 na koniec każdego roku przez 5 lat. Wyznacz jej wewnętrzną stopę zwrotu IRR w procentach.

C0 = €40 000CF = €10 500n = 5
IRR = %
29.Rozkład normalnyŚredni
200 mm200,8 mmX + Y?

X ma rozkład normalny ze średnią 120 mm i odchyleniem standardowym 0,3 mm; zmienna Y jest niezależna i ma rozkład normalny ze średnią 80 mm i odchyleniem standardowym 0,4 mm. Wyznacz prawdopodobieństwo P, że X + Y jest większe niż 200,8 mm. Zaokrąglij z do dwóch miejsc po przecinku.

μX = 120, σX = 0,3μY = 80, σY = 0,4X + Y > 200,8 mm
P =
30.Rozkład normalnyTrudny
10 cm0X − Y?

Wzrost X mężczyzn i wzrost Y kobiet w grupie są niezależnymi zmiennymi o rozkładzie normalnym: X ma średnią 180 cm i odchylenie standardowe 10 cm, Y ma średnią 170 cm i odchylenie standardowe 12 cm. Wyznacz prawdopodobieństwo P, że X jest większe od Y. Zaokrąglij z do dwóch miejsc po przecinku.

μX = 180 cm, σX = 10 cmμY = 170 cm, σY = 12 cm
P =

3Roztwory

1.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: RB = 12 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​ = 25 kNP2​ = 10 kNABRA​RB​2 m5 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.

ΣMA = 0: RB·10 = 25·2 + 10·7
RB = 120/10 = 12 kN
ΣFy = 0: RA = 35 − 12 = 23 kN

Odpowiedź

RB = 12 kN
2.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: MA = 226 kN·m

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. Przegub wewnętrzny nie może przenieść momentu zginającego, co daje jedno dodatkowe równanie: moment względem przegubu sił po jednej stronie jest równy zeru.

Część CD

W przegubie nie ma momentu, więc momenty względem C dla samej części CD muszą się równoważyć.

W = 2·4 = 8 kN w 2 m od C
ΣMC = 0: RD·4 = 45·3 + 8·2
RD = 37,75 kN
VC = 53 − 37,75 = 15,25 kN

Część AC

Siła w przegubie VC działa na AC w dół (równa co do wartości i przeciwnie skierowana do działania na CD).

RA = 55 + 15,25 = 70,25 kN
MA = 55·3 + 15,25·4 = 226 kN·m

Odpowiedź

MA = 226 kN·m
3.Kratownica: równoważenie węzłów

Odpowiedź: FAC = 9 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·5 = 45·4 → Cy = 36 kN
ΣFy = 0: Ay = 45 − 36 = 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 = 4/4,123 = 0,9701, cos γ = 1/4,123 = 0,2425
ΣFy = 0: Cy + FBC·sin γ = 0 → FBC = −36/0,9701 = −37,11 kN
ΣFx = 0: −FAC − FBC·cos γ = 0 → FAC = −(−37,11)·0,2425 = 9 kN

Odpowiedź

FAC = 9 kN (rozciąganie)
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: 28,12 kN (T), BC: 36,25 kN (T), CD: 36,25 kN (T), DE: 29,37 kN (T), FG: 28,12 kN (C), GH: 29,37 kN (C), AF: 13,54 kN (C), HE: 48,96 kN (C), BF: 10,83 kN (T), CG: 0, DH: 9,167 kN (T), BG: 13,54 kN (C), DG: 11,46 kN (C)

Odpowiedź

Pręt zerowy: CG
5.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: MA = −79,38 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.

Zostaw część ze swobodnym końcem

P: −35·2 = −70 kN·m
w: −3·2,5²/2 = −9,375 kN·m
MA = −70 − 9,375 = −79,38 kN·m

Odpowiedź

MA = −79,38 kN·m

Wartość ujemna oznacza moment ujemny: rozciągane są górne włókna.

6.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: Mmax = 168 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.

Wypadkowa obciążenia ciągłego: W = w·ℓ = 4·10 = 40 kN, przyłożona w x̄ = 5 m
ΣMA = 0: RB·10 = 50·4 + 4·10·5
RB = 400/10 = 40 kN
ΣFy = 0: RA = 90 − 40 = 50 kN

Gdzie V = 0?

V(4⁻) = RA − w·4 = 34 kN
V(4⁺) = 34 − 50 = −16 kN
Siła tnąca zmienia znak w obrębie obciążenia, więc maksimum leży pod obciążeniem.

Moment maksymalny

Mmax = RA·4 − w·4²/2 = 50·4 − 4·4²/2 = 168 kN·m

Odpowiedź

Mmax = 168 kN·m

Występuje w x = 4 m od A.

7.Ugięcie belki

Odpowiedź: δP = 4,706 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 = 3000 N, a = 2000 mm, L = 4000 mm
EI = 1,7 × 10¹² N·mm²

Ugięcie pod siłą

δP = Pa³/(3EI) = 3000·2000³/(3·1,7 × 10¹²) = 4,706 mm

Odpowiedź

δP = 4,706 mm
8.Ugięcie belki

Odpowiedź: Ireq = 5,063 × 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) = 5·8·3000⁴/(384·200000·8,333) = 5,063 × 10⁶ mm⁴
Ireq = 5,063 × 10⁶ mm⁴

Odpowiedź

Ireq = 5,063 × 10⁶ mm⁴
9.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: Pcr = 209,8 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 = 80·50³/12 = 833333 mm⁴

Długość wyboczeniowa

KL = 0,7·4000 = 2800 mm

Siła krytyczna

Pcr = π²EI/(KL)² = π²·200000·833333/2800² = 209813 N = 209,8 kN

Odpowiedź

Pcr = 209,8 kN
10.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: d = 40,86 mm

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

Wymagana siła krytyczna

Pcr = n·P = 3·10000 = 30000 N
KL = 0,5·6000 = 3000 mm

Wyznacz średnicę

d = (64·n·P·(KL)²/(π³E))^(1/4) = (64·30000·3000²/(π³·200000))^(1/4) = 40,86 mm

Odpowiedź

d = 40,86 mm

Sprawdzenie: smukłość KL/r wynosi 293,7, więc słup jest smukły i wzór Eulera obowiązuje.

11.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: Ix = 302,2 × 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 = 420 − 2·12 = 396 mm
Ix = (B·H³ − (B − tw)·hw³)/12 = (230·420³ − 216·396³)/12
Ix = 3,022 × 10⁸ mm⁴ = 302,2 × 10⁶ mm⁴

Odpowiedź

Ix = 302,2 × 10⁶ mm⁴
12.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: Ix = 268 × 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 = 2200 mm², y = 407 mm
środnik: A = 6080 mm², y = 206 mm
półka dolna: A = 2720 mm², y = 8 mm

Środek ciężkości

ȳ = (2200·407 + 6080·206 + 2720·8)/11000 = 197,2 mm

Twierdzenie Steinera

półka górna: 100·22³/12 + 2200·209,8² = 9,689 × 10⁷ mm⁴
środnik: 16·380³/12 + 6080·8,76² = 7,363 × 10⁷ mm⁴
półka dolna: 170·16³/12 + 2720·189,2² = 9,747 × 10⁷ mm⁴
Ix = 9,689 × 10⁷ + 7,363 × 10⁷ + 9,747 × 10⁷
Ix = 2,68 × 10⁸ mm⁴ = 268 × 10⁶ mm⁴

Odpowiedź

Ix = 268 × 10⁶ mm⁴
13.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: u = 78,48 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) = 9,81·8 = 78,48 kPa

Odpowiedź

u = 78,48 kPa
14.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
15.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: S = 16,24 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 = 75 + 25 = 100 kPa ≤ 105 kPa

Osiadanie

Glina pozostaje na linii ponownego ściskania.

S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0) = 0,04·6,5/(1 + 1)·log₁₀(100/75) = 16,24 mm

Odpowiedź

S = 16,24 mm
16.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: t = 27,48 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 = 9 m

Czas

t = Tv·Hdr²/cv = 0,848·9²/2,5 = 27,48 lata

Odpowiedź

t = 27,48 lata
17.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: F = 85,84 kN

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

Głębokość środka ciężkości i pole

yc = d + H/2 = 0,5 + 2,5/2 = 1,75 m
A = H·b = 2,5·2 = 5 m²
zasuwad = 0,5 mH = 2,5 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·1,75·5 = 85,84 kN

Odpowiedź

F = 85,84 kN
18.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: F = 69,53 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 + 1,5/2 = 3,75 m
A = H·b = 1,5·1 = 1,5 m²
zasuwad = 3 mH = 1,5 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 1260·9,81·3,75·1,5 = 69,53 kN

Odpowiedź

F = 69,53 kN
19.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: hf = 8,223 m

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

Wysokość prędkości

V²/(2g) = 2,2²/(2·9,81) = 0,2467 m

Darcy–Weisbach

hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,02·(500/0,3)·2,2²/(2·9,81) = 8,223 m

Odpowiedź

hf = 8,223 m
20.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: H = 2,289 m

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

Prędkość

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

Współczynniki strat

f·L/D = 0,015·200/0,2 = 15
ΣK = 0,5 + 4·0,3 + 10 = 11,7

Równanie energii

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

H = (1 + 15 + 11,7)·0,08263 = 2,289 m

Odpowiedź

H = 2,289 m
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: Q = 3,61 m³/s

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

Geometria

A = (b + z·y)·y = (2,5 + 2·1,2)·1,2 = 5,88 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 2,5 + 2·1,2·√(1 + 2²) = 7,867 m
R = A/P = 0,7475 m

Prędkość

V = (1/0,03)·0,74752/3·0,00051/2 = 0,6139 m/s

Natężenie przepływu

Q = A·V = 5,88·0,6139 = 3,61 m³/s

Odpowiedź

Q = 3,61 m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: S = 0,002993 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·y = 1·2 = 2 m²
P = b + 2y = 1 + 2·2 = 5 m
R = A/P = 0,4 m

Wyznacz S ze wzoru Manninga

S1/2 = n·Q/(A·R2/3) = 0,022·2,7/(2·0,5429) = 0,05471
S = 0,05471² = 0,002993

Odpowiedź

S = 0,002993

To spadek o 2,993 m na kilometr.

23.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: η = 78,02 %

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

Moc hydrauliczna

Ph = ρ·g·Q·H = 1000·9,81·0,08·68 = 53,37 kW

Sprawność

η = Ph/Pshaft = 53,37/68,4 = 78,02%

Odpowiedź

η = 78,02%
24.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: H = 19,48 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 = 0,03/0,01767 = 1,698 m/s
V²/(2g) = 0,1469 m

Straty wysokości

hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (29,33 + 8)·0,1469 = 5,484 m

Wysokość podnoszenia pompy

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

H = Δz + hL = 14 + 5,484 = 19,48 m

Odpowiedź

H = 19,48 m
25.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: FV = 5127 €

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 = 0,06/4 = 0,015
N = m·n = 4·9 = 36

Wartość przyszła

FV = 3 000·(1 + 0,015)36 = 3 000·1,709 = €5 127,42

Odpowiedź

FV = €5 127,42
26.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: A = 453,4 €

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 rat

i = 0,042/12 = 0,0035
N = 12·4 = 48

Rata

Wartość bieżąca N równych płatności A wynosi A·(1 − (1 + i)⁻ᴺ)/i. Przyrównaj ją do kredytu i wyznacz A.

(1 + i)−N = 0,8456
A = 20 000·0,0035/(1 − 0,8456) = €453,37

Odpowiedź

A = €453,37
27.NPV i IRR

Odpowiedź: NPV = −25000 €

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 = 14 000/(0,09 − 0,01) = 175 000,00

NPV

NPV = 175 000,00 − 200 000 = −€25 000,00

Odpowiedź

NPV = −€25 000,00

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

28.NPV i IRR

Odpowiedź: IRR = 9,807 %

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.

Wymagany współczynnik renty

(1 − (1 + i)−5)/i = 40 000/10 500 = 3,81

Wyznacz stopę

Współczynnik renty maleje, gdy stopa rośnie; zawęź przedział, w którym leży stopa.

i = 9%: 3,89
i = 10%: 3,791
IRR = 9,807%

Odpowiedź

IRR = 9,807%
29.Rozkład normalny

Odpowiedź: P = 0,0548

Sumy i różnice zmiennych normalnych: jeśli X i Y są niezależne i mają rozkład normalny, to X + Y i X − Y również mają rozkład normalny. Średnie dodają się lub odejmują: E(X ± Y) = μX ± μY. Wariancje zawsze się dodają, także dla różnicy: Var(X ± Y) = σX² + σY², więc σ = √(σX² + σY²). Odchylenia standardowe nigdy nie dodają się bezpośrednio. Suma n niezależnych elementów o tym samym rozkładzie ma średnią n·μ i odchylenie standardowe σ·√n. Potem standaryzuj jak zwykle: z = (x − średnia)/σ i odczytaj Φ(z).

Rozkład sumy

μ = 200 mm, σ = √(0,3² + 0,4²) = 0,5 mm

Standaryzuj

z = (200,8 − 200)/0,5 = 1,6

Górny ogon

P = 1 − Φ(1,6) = 1 − 0,9452 = 0,0548

Odpowiedź

P = 0,0548
30.Rozkład normalny

Odpowiedź: P = 0,7389

Sumy i różnice zmiennych normalnych: jeśli X i Y są niezależne i mają rozkład normalny, to X + Y i X − Y również mają rozkład normalny. Średnie dodają się lub odejmują: E(X ± Y) = μX ± μY. Wariancje zawsze się dodają, także dla różnicy: Var(X ± Y) = σX² + σY², więc σ = √(σX² + σY²). Odchylenia standardowe nigdy nie dodają się bezpośrednio. Suma n niezależnych elementów o tym samym rozkładzie ma średnią n·μ i odchylenie standardowe σ·√n. Potem standaryzuj jak zwykle: z = (x − średnia)/σ i odczytaj Φ(z).

Rozkład różnicy

μ = 180 − 170 = 10 cm, σ = 15,62 cm

Standaryzuj

z = (0 − 10)/15,62 = −0,64

Prawdopodobieństwo

P = 1 − Φ(−0,64) = 0,7389

Odpowiedź

P = 0,7389

ExamProblems · examproblems.com/courses/fe-exam-civil