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​ = 10 kNP2​ = 55 kNABRA​ = ?RB​1 m8 m1 m

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

L = 10 mP1 = 10 kN w 1 mP2 = 55 kN w 9 m
RA = kN
2.Reakcje podpór belekTrudny
w = 2 kN/mP = 20 kNABRA​RB​ = ?3 m1 m1 m

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

L = 5 mP = 20 kN w 4 mw = 2 kN/m od 3 do 5 m
RB = kN
3.Kratownica: równoważenie węzłówŚredni
ABBCACACB25 kN8 m1 m2 m

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

rozpiętość = 8 mwysokość = 2 mB jest 1 m od Aobciążenie pionowe = 25 kN
FAC = kN
4.Kratownica: równoważenie węzłówTrudny
ABBCACACB25 kN5 kN8 m7 m4 m

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

rozpiętość = 8 mwysokość = 4 mB jest 7 m od Aobciążenie pionowe = 25 kNobciążenie poziome = 5 kN →
FAB = kN
5.Siła tnąca i moment zginającyŚredni
20 kN55 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.

20 kN @ 6 m55 kN @ 4 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
w = 12 kN/mP = 15 kNABprzekrój3 m1 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 = 4 mP = 15 kN w 3 mw = 12 kN/m od 0 do 4 mx = 3 m
Mx = kN·m
7.Ugięcie belkiŚredni
w = 6 kN/mδL = 5 m

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

w = 6 kN/mL = 5 mE = 200 GPa (stal)I = 120 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
8.Ugięcie belkiTrudny
w = 15 kN/mP = 23 kNδL = 1,5 m

Belka swobodnie podparta przenosi obciążenie równomiernie rozłożone w i siłę skupioną P w środku rozpiętości. Korzystając z superpozycji, wyznacz ugięcie w środku δmax.

P = 23 kNw = 15 kN/mL = 1,5 mE = 11 GPa (drewno konstrukcyjne)I = 23 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
9.Wyboczenie słupówŚredni
PL = 6 m25 × 80 mmprzekrój poprzeczny

Słup o długości L z materiału (stal) jest utwierdzony na obu końcach. Korzystając ze wzoru Eulera, wyznacz jego siłę krytyczną Pcr.

L = 6 mE = 200 GPa (stal)b × h = 25 × 80 mm
Pcr = kN
10.Wyboczenie słupówTrudny
PL = 2,5 md = 50 mmprzekrój poprzeczny

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

L = 2,5 mE = 70 GPa (aluminium)d = 50 mm
σcr = MPa
11.Środek ciężkości i moment bezwładnościŚredni
260101808xwymiary w mm

Wyznacz moment bezwładności Ix przekroju teowego względem poziomej osi x przechodzącej przez jego środek ciężkości.

bf = 260 mmtf = 10 mmtw = 8 mmhw = 180 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Środek ciężkości i moment bezwładnościTrudny
1602030020xM = 30 kN·mwymiary w mm

Przekrój teowy pracuje jako belka z półką u góry i przenosi dodatni moment zginający 30 kN·m. Wyznacz naprężenie od zginania σdół na dolnej krawędzi.

bf = 160 mmtf = 20 mmtw = 20 mmhw = 300 mmM = 30 kN·m
σdół = MPa
13.Naprężenie efektywne w gruncieŚredni
piasekγd​ = 17 kN/m³γsat​ = 18,5 kN/m³13 mzwierciadło wody gruntowejXz = 3 m

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

z = 3 mzw = 2 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 17 kN/m³piasek: γsat = 18,5 kN/m³
σ′ = kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncieTrudny
piasekγd​ = 15 kN/m³γsat​ = 19 kN/m³5 mglinaγsat​ = 18,5 kN/m³5 mzwierciadło wody gruntowejXz = 7,5 m

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

z = 7,5 mzw = 3 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 15 kN/m³piasek: γsat = 19 kN/m³glina: γsat = 18,5 kN/m³
σ′ = kPa
15.Osiadanie konsolidacyjneŚredni
Δσ = 60 kPapiasekglinaCc​ = 0,2, Cr​ = 0,03e0​ = 1,1σ′0​ = 110 kPaOCR = 1,56 mzwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny prekonsolidowanej o miąższości 6 m ma Cc = 0,2, Cr = 0,03 i e₀ = 1,1. W połowie jej głębokości efektywne naprężenie pionowe wynosi 110 kPa i wskaźnik prekonsolidacji wynosi OCR = 1,5. Nowy budynek zwiększa naprężenie pionowe w połowie głębokości o 60 kPa. Wyznacz osiadanie konsolidacyjne pierwotne S w mm.

H = 6 mCc = 0,2Cr = 0,03e0 = 1,1σ′0 = 110 kPaOCR = 1,5Δσ = 60 kPa
S = mm
16.Osiadanie konsolidacyjneTrudny
piasekglinaH = 6 mcv​ = 3 m²/rok6 mnieprzepuszczalna skałazwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny o miąższości 6 m ma współczynnik konsolidacji cv = 3 m²/rok. Leży na nieprzepuszczalnej skale, a nad nią jest piasek, więc woda odpływa tylko górą. Dla średniego stopnia konsolidacji 90% czynnik czasu wynosi Tv = 0,848. Po ilu latach t warstwa osiągnie 90% konsolidacji?

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

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

Pionowa prostokątna zasuwa o szerokości 1,5 m znajduje się w ścianie zbiornika z cieczą (olej), z górną krawędzią 3 m pod powierzchnią. Wyznacz głębokość ycp środka parcia pod powierzchnią.

d = 3 mH = 3 mb = 1,5 mρ = 880 kg/m³g = 9,81 m/s²
ycp = m
19.Tarcie w rurach i straty wysokościŚredni
Q = 5 L/sD = 50 mmL = 50 mf = 0,028

Woda płynie z natężeniem 5 L/s przez rurę o długości 50 m i średnicy wewnętrznej 50 mm. Przyjmij współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,028 i g = 9,81 m/s². Wyznacz stratę wysokości na tarcie hf.

Q = 5 L/sL = 50 mD = 50 mmf = 0,028g = 9,81 m/s²
hf = m
20.Tarcie w rurach i straty wysokościTrudny
K = 5swobodny wypływH = ?L = 500 m, D = 250 mm, f = 0,0154× kolano (K = 0,3)

Rura o długości 500 m i średnicy wewnętrznej 250 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 = 5). Przyjmij g = 9,81 m/s². O ile H zwierciadło wody w zbiorniku musi leżeć wyżej niż wylot rury, aby natężenie przepływu wynosiło 75 L/s?

Q = 75 L/sL = 500 mD = 250 mmf = 0,015Kentrance = 0,5Kbend = 0,3 (×4)Kvalve = 5
H = m
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Średni
D = 1200 mmn = 0,013, S = 0,002

Betonowy kanał deszczowy o średnicy wewnętrznej 1200 mm jest wypełniony dokładnie całkowicie (pracuje jako kanał otwarty, nie pod ciśnieniem). Współczynnik Manninga n = 0,013, a spadek S = 0,002. Wyznacz natężenie przepływu Q w m³/s.

D = 1200 mmn = 0,013S = 0,002
Q = m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Trudny
D = 250 mmn = 0,013, V = 1,2 m/s

Betonowy kanał ściekowy o średnicy wewnętrznej 250 mm (współczynnik Manninga n = 0,013) musi przy całkowitym wypełnieniu osiągnąć prędkość samooczyszczania 1,2 m/s. Wyznacz minimalny spadek S (w m/m).

D = 250 mmn = 0,013V = 1,2 m/s
S = m/m
23.Pompy i moc pompŚredni
PQ = 15 L/sH = 62 m

Pompa tłoczy 15 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) przy wysokości podnoszenia 62 m. Sprawność pompy wynosi 60%, a napędzającego ją silnika elektrycznego 92%. Przyjmij g = 9,81 m/s². Wyznacz moc elektryczną Pel pobieraną przez silnik, w kW.

Q = 15 L/sH = 62 mηpump = 60%ηmotor = 92%g = 9,81 m/s²
Pel = kW
24.Pompy i moc pompTrudny
150 kPa (nadciśnienie)PQ = 15 L/sΔz = 19 mL = 100 m, D = 100 mm, f = 0,018, ΣK = 8

Pompa przetłacza 15 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) z otwartego dolnego zbiornika do górnego zbiornika, którego zwierciadło wody leży 19 m wyżej. Rura ma długość 100 m, średnicę wewnętrzną 100 mm i współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,018; współczynniki strat miejscowych sumują się do ΣK = 8 (łącznie z wlotem i wylotem). Przyjmij g = 9,81 m/s². Górny zbiornik jest zamknięty, a powietrze nad wodą ma nadciśnienie 150 kPa. Wyznacz wysokość podnoszenia H, którą musi zapewnić pompa.

Q = 15 L/sΔz = 19 mL = 100 mD = 100 mmf = 0,018ΣK = 8ptank = 150 kPa
H = m
25.Wartość pieniądza w czasieŚredni
lata0123…9€5 000FV = ?

Inwestujesz €5 000 przy nominalnej stopie 6 % rocznie z kapitalizacją kwartalną. Wyznacz wartość FV inwestycji po 9 latach.

PV = €5 0006% / 4n = 9
FV = €
26.Wartość pieniądza w czasieTrudny
miesiące0123…60€12 000A?AAA

Kredyt €12 000 spłaca się równymi ratami miesięcznymi przez 5 lat. Oprocentowanie wynosi 4,2 % rocznie z miesięczną kapitalizacją. Wyznacz ratę miesięczną A.

P = €12 0004,2% / 12N = 60
A = €
27.NPV i IRRŚredni
lata0123−45 00014 00013 00015 000

Inwestycja €45 000 daje na koniec lat od 1 do 3 takie przepływy: €14 000, €13 000, €15 000. Koszt kapitału wynosi 10 %. Wyznacz wartość bieżącą netto NPV.

r = 10%CF0 = −45 000CF1 = 14 000CF2 = 13 000CF3 = 15 000
NPV = €
28.NPV i IRRTrudny
lata0123−10 0005 5006 0005 000

Projekt kosztuje €10 000 i przynosi €5 500, €6 000, €5 000 na koniec lat od 1 do 3. Wyznacz jego wewnętrzną stopę zwrotu IRR w procentach.

CF0 = −10 000CF1 = 5 500CF2 = 6 000CF3 = 5 000
IRR = %
29.Rozkład normalnyŚredni
−3−2−10123zzacieniowane pole na prawo od z = 0,9706

Przeciągnij z tak, aby zacieniowane pole pod standardową krzywą normalną, na prawo od z, wynosiło 0,9706. Znajdź z z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku.

A = 0,9706
z =
30.Rozkład normalnyTrudny
35455565758595pktgóra 85%

Rozkład wyników egzaminu jest normalny ze średnią 65 pkt i odchyleniem standardowym 10 pkt. Przeciągnij wartość graniczną tak, aby zacieniowane górne 85% leżało na prawo od niej. Znajdź wartość graniczną x.

μ = 65 pktσ = 10 pkt85%
x = pkt

3Roztwory

1.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: RA = 14,5 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​ = 10 kNP2​ = 55 kNABRA​RB​1 m8 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.

ΣMA = 0: RB·10 = 10·1 + 55·9
RB = 505/10 = 50,5 kN
ΣFy = 0: RA = 65 − 50,5 = 14,5 kN

Odpowiedź

RA = 14,5 kN
2.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: RB = 19,2 kN

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

w = 2 kN/mP = 20 kNABRA​RB​3 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 = 2·2 = 4 kN, przyłożona w x̄ = 4 m
ΣMA = 0: RB·5 = 20·4 + 2·2·4
RB = 96/5 = 19,2 kN
ΣFy = 0: RA = 24 − 19,2 = 4,8 kN

Odpowiedź

RB = 19,2 kN
3.Kratownica: równoważenie węzłów

Odpowiedź: FAC = 10,94 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.

ABBCACACB25 kNAy​Cy​

Reakcje podpór

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

ΣMA = 0: Cy·8 = 25·1 → Cy = 3,125 kN
ΣFy = 0: Ay = 25 − 3,125 = 21,88 kN

Węzeł C

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

sin γ = 2/7,28 = 0,2747, cos γ = 7/7,28 = 0,9615
ΣFy = 0: Cy + FBC·sin γ = 0 → FBC = −3,125/0,2747 = −11,38 kN
ΣFx = 0: −FAC − FBC·cos γ = 0 → FAC = −(−11,38)·0,9615 = 10,94 kN

Odpowiedź

FAC = 10,94 kN (rozciąganie)
4.Kratownica: równoważenie węzłów

Odpowiedź: FAB = −1,26 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.

ABBCACACB25 kN5 kNAy​Cy​Ax​

Reakcje podpór

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

ΣMA = 0: Cy·8 = 25·7 + 5·4 → Cy = 24,38 kN
ΣFy = 0: Ay = 25 − 24,38 = 0,625 kN
ΣFx = 0: Ax = −5 kN

Węzeł A

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

sin α = 4/8,062 = 0,4961
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −0,625/0,4961 = −1,26 kN

Odpowiedź

FAB = −1,26 kN (ściskanie)
5.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 = 46,67 kN, R2 = 28,33 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 = 93,33, MC = 186,7 kN·m, MD = 170, ME = 113,3, MF = 56,67, MG = 0

Odpowiedź

Punkt C: MC = 186,7 kN·m
6.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: Mx = 29,25 kN·m

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

Reakcje podpór

Równowaga całej belki.

Wypadkowa obciążenia ciągłego: W = w·ℓ = 12·4 = 48 kN, przyłożona w x̄ = 2 m
ΣMA = 0: RB·4 = 15·3 + 12·4·2
RB = 141/4 = 35,25 kN
ΣFy = 0: RA = 63 − 35,25 = 27,75 kN
w = 12 kN/mP = 15 kNABRA​ = 27,75RB​ = 35,25przekrój3 m1 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 = 27,75·3 − 12·3·1,5 = 29,25 kN·m

Odpowiedź

Mx = 29,25 kN·m
7.Ugięcie belki

Odpowiedź: δmax = 2,035 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 = 6 N/mm, L = 5000 mm
EI = 2,4 × 10¹³ N·mm²

Ugięcie

δmax = 5wL⁴/(384EI) = 5·6·5000⁴/(384·2,4 × 10¹³) = 2,035 mm

Odpowiedź

δmax = 2,035 mm
8.Ugięcie belki

Odpowiedź: δmax = 10,3 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 = 23000 N, w = 15 N/mm, L = 1500 mm, EI = 2,53 × 10¹¹ N·mm²

Każde obciążenie osobno

δP = PL³/(48EI) = 23000·1500³/(48·2,53 × 10¹¹) = 6,392 mm
δw = 5wL⁴/(384EI) = 5·15·1500⁴/(384·2,53 × 10¹¹) = 3,908 mm

Dodaj

δmax = 6,392 + 3,908 = 10,3 mm

Odpowiedź

δmax = 10,3 mm
9.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: Pcr = 22,85 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 = 80·25³/12 = 104167 mm⁴

Długość wyboczeniowa

KL = 0,5·6000 = 3000 mm

Siła krytyczna

Pcr = π²EI/(KL)² = π²·200000·104167/3000² = 22846 N = 22,85 kN

Odpowiedź

Pcr = 22,85 kN
10.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: σcr = 17,27 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·50⁴/64 = 306796 mm⁴

Promień bezwładności i smukłość

A = 1963 mm²
r = √(I/A) = √(306796/1963) = 12,5 mm
KL = 1·2500 = 2500 mm
KL/r = 2500/12,5 = 200

Naprężenie krytyczne

σcr = π²E/(KL/r)² = π²·70000/200² = 17,27 MPa

Odpowiedź

σcr = 17,27 MPa
11.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: Ix = 12,27 × 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 dwa prostokąty

Mierz każde y od dolnej krawędzi.

półka: Af = 260·10 = 2600 mm², yf = 180 + 10/2 = 185 mm
środnik: Aw = 8·180 = 1440 mm², yw = 180/2 = 90 mm

Środek ciężkości

ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (2600·185 + 1440·90)/4040 = 151,1 mm

Twierdzenie Steinera

półka: 260·10³/12 + 2600·(185 − 151,1)² = 3,003 × 10⁶ mm⁴
środnik: 8·180³/12 + 1440·(90 − 151,1)² = 9,271 × 10⁶ mm⁴
Ix = 3,003 × 10⁶ + 9,271 × 10⁶ = 1,227 × 10⁷ mm⁴ = 12,27 × 10⁶ mm⁴

Odpowiedź

Ix = 12,27 × 10⁶ mm⁴
12.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: σdół = 62,61 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 = 300 + 20/2 = 310 mm
środnik: Aw = 20·300 = 6000 mm², yw = 300/2 = 150 mm

Środek ciężkości

ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (3200·310 + 6000·150)/9200 = 205,7 mm

Twierdzenie Steinera

półka: 160·20³/12 + 3200·(310 − 205,7)² = 3,495 × 10⁷ mm⁴
środnik: 20·300³/12 + 6000·(150 − 205,7)² = 6,358 × 10⁷ mm⁴
Ix = 3,495 × 10⁷ + 6,358 × 10⁷ = 9,853 × 10⁷ mm⁴

Naprężenie od zginania

Dolna krawędź jest w odległości ȳ od osi.

y = 205,7 mm
σ = M·y/I = 3 × 10⁷·205,7/9,853 × 10⁷ = 62,61 MPa

Odpowiedź

σdół = 62,61 MPa
13.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: σ′ = 42,69 kPa

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

Naprężenie całkowite

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

σ = γd·zw + γsat·(z − zw) = 17·2 + 18,5·1 = 52,5 kPa

Ciśnienie wody w porach

Ciśnienie wody rośnie z głębokością poniżej zwierciadła.

u = γw·(z − zw) = 9,81·1 = 9,81 kPa

Naprężenie efektywne

σ′ = σ − u = 52,5 − 9,81 = 42,69 kPa

Odpowiedź

σ′ = 42,69 kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: σ′ = 85,1 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·2 + γsat,clay·2,5
σ = 15·3 + 19·2 + 18,5·2,5 = 129,3 kPa

Ciśnienie wody w porach

Ciśnienie wody rośnie z głębokością poniżej zwierciadła.

u = γw·(z − zw) = 9,81·4,5 = 44,15 kPa

Naprężenie efektywne

σ′ = σ − u = 129,3 − 44,15 = 85,1 kPa

Odpowiedź

σ′ = 85,1 kPa
15.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: S = 22,5 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 = 1,5·110 = 165 kPa

Porównaj z naprężeniem prekonsolidacji

σ′f = 110 + 60 = 170 kPa > 165 kPa

Osiadanie

Ponowne ściskanie do σ′p, ściskanie pierwotne powyżej.

S = 0,03·6/(1 + 1,1)·log₁₀(165/110) + 0,2·6/(1 + 1,1)·log₁₀(170/165)
S = 15,09 + 7,409 = 22,5 mm

Odpowiedź

S = 22,5 mm
16.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: t = 10,18 lata

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

Droga filtracji

Hdr = H = 6 m

Czas

t = Tv·Hdr²/cv = 0,848·6²/3 = 10,18 lata

Odpowiedź

t = 10,18 lata
17.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: F = 88,29 kN

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

Głębokość środka ciężkości i pole

yc = d + H/2 = 2 + 2/2 = 3 m
A = H·b = 2·1,5 = 3 m²
zasuwad = 2 mH = 2 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·3·3 = 88,29 kN

Odpowiedź

F = 88,29 kN
18.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: ycp = 4,667 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 = 3 + 3/2 = 4,5 m
A = H·b = 3·1,5 = 4,5 m²
zasuwad = 3 mH = 3 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 880·9,81·4,5·4,5 = 174,8 kN

Środek parcia

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

Ic = b·H³/12 = 1,5·3³/12 = 3,375 m⁴
ycp = yc + Ic/(yc·A) = 4,5 + 3,375/(4,5·4,5) = 4,667 m

Odpowiedź

ycp = 4,667 m
19.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: hf = 9,254 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·0,05²/4 = 0,001963 m²
V = Q/A = 0,005/0,001963 = 2,546 m/s

Wysokość prędkości

V²/(2g) = 2,546²/(2·9,81) = 0,3305 m

Darcy–Weisbach

hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,028·(50/0,05)·2,546²/(2·9,81) = 9,254 m

Odpowiedź

hf = 9,254 m
20.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: H = 4,486 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 = 0,075/0,04909 = 1,528 m/s
V²/(2g) = 0,119 m

Współczynniki strat

f·L/D = 0,015·500/0,25 = 30
ΣK = 0,5 + 4·0,3 + 5 = 6,7

Równanie energii

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

H = (1 + 30 + 6,7)·0,119 = 4,486 m

Odpowiedź

H = 4,486 m
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: Q = 1,744 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 = 1,131 m², R = D/4 = 0,3 m

Prędkość

V = (1/0,013)·0,32/3·0,0021/2 = 1,542 m/s

Natężenie przepływu

Q = A·V = 1,131·1,542 = 1,744 m³/s

Odpowiedź

Q = 1,744 m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: S = 0,009812 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 = 0,25/4 = 0,0625 m

Wyznacz S ze wzoru Manninga

S = (n·V/R2/3)² = (0,013·1,2/0,1575)² = 0,009812

Odpowiedź

S = 0,009812

To spadek o 9,812 m na kilometr.

23.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: Pel = 16,53 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 = 1000·9,81·0,015·62 = 9,123 kW

Moc na wale

Pshaft = 9,123/0,6 = 15,21 kW

Moc elektryczna

Pel = 15,21/0,92 = 16,53 kW

Odpowiedź

Pel = 16,53 kW
24.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: H = 39,12 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 = 0,015/0,007854 = 1,91 m/s
V²/(2g) = 0,1859 m

Straty wysokości

hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (18 + 8)·0,1859 = 4,834 m

Wysokość ciśnienia

p/(ρ·g) = 150000/(1000·9,81) = 15,29 m

Wysokość podnoszenia pompy

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

H = Δz + p/(ρ·g) + hL = 19 + 15,29 + 4,834 = 39,12 m

Odpowiedź

H = 39,12 m
25.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: FV = 8546 €

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 = 5 000·(1 + 0,015)36 = 5 000·1,709 = €8 545,70

Odpowiedź

FV = €8 545,70
26.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: A = 222,1 €

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 = 12·5 = 60

Rata

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

(1 + i)−N = 0,8109
A = 12 000·0,0035/(1 − 0,8109) = €222,08

Odpowiedź

A = €222,08
27.NPV i IRR

Odpowiedź: NPV = −10259 €

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

Wartość bieżąca każdego przepływu

CF0 = −45 000
CF1/(1 + 0,1)1 = 14 000/1,1 = 12 727,27
CF2/(1 + 0,1)2 = 13 000/1,21 = 10 743,80
CF3/(1 + 0,1)3 = 15 000/1,331 = 11 269,72

Zsumuj

NPV = €−10 259,20

Odpowiedź

NPV = €−10 259,20

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

28.NPV i IRR

Odpowiedź: IRR = 30,41 %

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(30%) = 56,90
NPV(35%) = −601,53

Zawężaj

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

IRR ≈ 30 + 5·56,90/(56,90 − (−601,53)) = 30,43%
dokładnie: NPV(30,41%) = 0 → IRR = 30,41%

Odpowiedź

IRR = 30,41%
29.Rozkład normalny

Odpowiedź: z = −1,89

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 − 0,9706 = 0,0294

Czytaj tablicę z wstecz

Znajdź 0,0294 wewnątrz tablicy i odczytaj z.

z = −1,89

Odpowiedź

z = −1,89
30.Rozkład normalny

Odpowiedź: x = 54,6 pkt

Od pola z powrotem do z: Φ(z) to pole na lewo od z. Dla pola lewego ogona A znajdź w tablicy z, dla którego Φ(z) = A. Pole prawego ogona A oznacza Φ(z) = 1 − A. Pole środkowe A między −z a z zostawia (1 − A)/2 w każdym ogonie, więc Φ(z) = (1 + A)/2. Dla wartości x użyj x = μ + zσ.

Pole po lewej

Φ(z) = 0,15

z z tablicy

z ≈ −1,04

Z powrotem do pierwotnych jednostek

x = 65 − 1,04·10 = 54,6 pkt

Odpowiedź

x = 54,6 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