橋梁工程簡支梁橋計(jì)算_第1頁
橋梁工程簡支梁橋計(jì)算_第2頁
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文檔簡介

橋梁工程簡支梁橋計(jì)算第1頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)容:4.1概述4.2主梁內(nèi)力計(jì)算4.3橋面板內(nèi)力計(jì)算4.4橫隔梁內(nèi)力計(jì)算4.5撓度、預(yù)拱度計(jì)算4.6荷載橫向分布的有限元計(jì)算方法簡介第2頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月

4.1概述橋梁設(shè)計(jì)過程

第3頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月*空間結(jié)構(gòu);*板、橫梁傳力;4.2主梁內(nèi)力計(jì)算●實(shí)際結(jié)構(gòu):

*當(dāng)P作用在(x、y)點(diǎn)時(shí),所有梁均參與工作。第4頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月●結(jié)構(gòu)分析方法*結(jié)構(gòu)自重:按每片梁各自計(jì)算*二期恒載:均攤各梁計(jì)算◆梁格理論——主梁、橫梁為系桿相連(早期用)◆(各向異性)板理論——用于密排式主梁結(jié)構(gòu)◆有限元理論——較精確◆實(shí)用空間理論——近似理論√*其他:按下述方法計(jì)算第5頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月4.2.1實(shí)用空間計(jì)算原理單梁:內(nèi)力S=P.η1(x)

每片主梁:內(nèi)力S=P.η(x,y)η1(x)影響線η(x,y)影響面第6頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月●實(shí)用空間計(jì)算方法某片主梁某個(gè)截面內(nèi)力:

某梁上作用有荷載P’按平面

問題計(jì)算其中:

η2(y)——當(dāng)P=1在空間結(jié)構(gòu)上沿(a,y)移動(dòng)時(shí), 某主梁截面內(nèi)力值,即某截面內(nèi)力在y方向 的分配比例關(guān)系,稱為“荷載橫向分布影響 線”第7頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月●實(shí)用空間計(jì)算方法的原理(1)m——主梁在橫向分配到的最大荷載比例(通常小 于1),稱為荷載橫向分布系數(shù)。在荷載橫向 分布影響線η2(y)上按橫向最不利位置排列 荷載求得。=mP

'max令:P*近似內(nèi)力影響面

代替精確內(nèi)力影響面η

(x,y)。

*可看作某主梁上橫向分配到的荷 載,實(shí)質(zhì)為“內(nèi)力”橫向分布。第8頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月●實(shí)用空間計(jì)算方法的原理(2)以車輛荷載為例:設(shè):軸重為P(x)(在x處作用的軸重)輪重為P’(x,y)(在x處的輪重,其輪坐標(biāo)為(x,y))則:輪重(汽車為雙輪重)P(x)12P′(x,y)=第9頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月其中按照最不利情況布載,m既為荷載橫向分布系數(shù)第10頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月橋梁橫向連結(jié)剛度EIh,各梁m均勻度;EIh=0,受荷梁m=1,其余m=0;

EIh=∞,各梁m=1/n,n為梁片數(shù);∞﹥EIh﹥0,1﹥m﹥1/n,計(jì)算定。

4.2.2荷載橫向分布計(jì)算分析:第11頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月按不同的EIhm各種計(jì)算方法,目前常用方法:

杠桿原理法 偏心壓力法 橫向鉸接板(梁)法 橫向剛接梁法比擬正交異性板法第12頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月●杠桿原理法*板上輪載按簡支梁反力分配給左右各梁R2=R2′+R2″第13頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月∑ηq=2*繪各主梁荷載橫向分布影響線(=反力影響線)方法:據(jù)影響線豎標(biāo) 特征值繪。*橫向加載求m10qm0r=ηr

汽車:m

人群:適用:◆荷載位于支點(diǎn)附近時(shí)◆雙主梁時(shí)◆近似用于無中橫隔梁第14頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月計(jì)算舉例(例4.1,P72)1號(hào)梁汽車荷載m0q=1/2∑ηq

=1/2×0.875=0.438人群荷載M0r=ηr=1.4222號(hào)梁?作業(yè):P118,第4.1題第15頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月●偏心壓力法適用:有可靠橫向聯(lián)結(jié)的窄橋(B/L≤0.5)。*計(jì)算原理假定:橫隔梁EI=∞(剛性橫梁)剛性橫梁法變形規(guī)律≈偏壓桿件偏心壓力法問題:偏心荷載P對(duì)各主梁的荷載分布?定性分析:靠近P一側(cè)邊梁變形大,受載最大??缰薪孛娴?6頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月定量分析:如圖所示不同間距、不同剛度4片主梁組成的橋,其P的橫向分布情況如下第17頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月*中心荷載P=1的作用幾何關(guān)系:撓度反力材料力學(xué):或:靜力平衡:未知數(shù):方程數(shù):解方程:第18頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月w=aitg?幾何關(guān)系:材力:∑R′′?a解上述方程組得:

*偏心力矩M=1.e的作用

''

i

靜力平衡:

未知數(shù):方程數(shù):2n+1

第19頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月疊加:注意:當(dāng)e和ai位于同一側(cè)時(shí),上式*偏心荷載P=1產(chǎn)生的總作用力若e=ak,則:當(dāng)主梁為等剛度時(shí),上式變?yōu)椋旱诙?xiàng)取正號(hào),反之應(yīng)取負(fù)號(hào)。第20頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月可以證明:證明:

∵同理第21頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月*求荷載橫向系數(shù)m第K號(hào)梁反力影響線豎標(biāo):通常寫成:當(dāng)各梁剛度相同時(shí):影響線為直線,所以只需確定兩個(gè)豎標(biāo)第22頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月舉例:繪荷載橫向分布影響線有一橋梁橫斷面由四片梁組成1號(hào)梁影響線豎標(biāo):若則第23頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月汽車荷載:人群荷載:橫向加載m第24頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月●修正偏心壓力法偏心壓力法缺點(diǎn):主梁抗扭剛度GIT=0結(jié)果:邊梁受力偏大修正偏心壓力法*定性分析 偏心壓力法公式:分析:第25頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月材力:*計(jì)算荷載橫向分布影響線豎標(biāo)靜力平衡:方程數(shù):3n+1個(gè)幾何關(guān)系:

未知數(shù):

(簡支、跨中、自由扭轉(zhuǎn))解上述方程組得:和第26頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月K號(hào)梁其中β:抗扭修正系數(shù),與梁號(hào)無關(guān),與幾何尺寸和材料有關(guān)?!郖號(hào)梁影響線豎標(biāo)為:

若主梁的截面均相同,則:

其中:第27頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月Ⅰ、T形截面:討論:◆當(dāng)抗扭剛度對(duì)m影響大◆當(dāng)橫梁偏心壓力法計(jì)算誤差大計(jì)算舉例:例4.2,4.3

作業(yè):4.2第28頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月●鉸接板(梁)法適用:◆采用現(xiàn)澆混凝土縱向企口縫(板)◆無內(nèi)橫隔梁,僅在翼板間焊接鋼板或 伸出交叉鋼筋連結(jié)。(梁)第29頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月*計(jì)算原理◆鉸接板橋受力特點(diǎn)▼結(jié)合縫內(nèi)力:豎向剪力g(x)橫向彎矩m(x)(小,近似鉸)縱向剪力t(x)(小,豎向荷載下)法向力n(x)(小,豎向荷載下)豎向剪力g(x)第30頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月?

▼荷載形式 實(shí)用內(nèi)力計(jì)算方法:η(x,y)分解為

的前提:η(x,y)必須在x、y方向有各自相似的圖形(與另一方向 的坐標(biāo)無關(guān))。即滿足:以1、2號(hào)梁為例因?yàn)樗詧D4.11只有特殊荷載才能使上兩式成立否則P1為分布,P2為集中,性質(zhì)完全不同第31頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月◆基本假定▼豎向荷載作用下,結(jié)合縫內(nèi)只傳遞豎向剪力g(x);

▼采用半波正弦荷載

分析荷載橫向分布

規(guī)律(代替跨中荷載時(shí),跨中ω

誤差很小,且有多輪布置,誤差更?。?;

▼豎向荷載作用下,每塊板梁只產(chǎn)生垂直位移ω

和轉(zhuǎn) 角Ф,無橫向彎曲(圖4.14c)。第32頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月◆計(jì)算圖式第33頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月◆力法計(jì)算鉸接力三角函數(shù)的幅值(峰值)gi在x=L/2處截取ΔL=1板條,且沿鉸縫切開,有:力法(n-1)個(gè)未知數(shù)gi(n-1)個(gè)切口豎向相對(duì)位移=0(n-1)個(gè)方程第34頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月列正則方程:δ11g1+δ12g2+δ13g3+δ14g4+δ1p=0δ21g1+δ22g2+δ23g3+δ24g4+δ2p=0δ31g1+δ32g2+δ33g3+δ34g4+δ3p=0

δ41g1+δ42g2+δ43g3+δ44g4+δ4p=0計(jì)算流程:計(jì)算系數(shù)δ,解方程組gi。第35頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月▼計(jì)算主系數(shù)δii第36頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月計(jì)算副系數(shù)受力圖相似其余系數(shù)為0,即:第37頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月▼計(jì)算荷載系數(shù)

其余為0,即:

K——荷載作用板號(hào)。第38頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月▼計(jì)算gi將上述系數(shù)代入正則方程,則得:

為剛度參數(shù)。解上述方程組gi其中第39頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月◆計(jì)算分配到各板塊的豎向荷載峰值Pik本例K=1,荷載P=1作用在1號(hào)板p11=1?g1p21=g1?g21號(hào)板2號(hào)板同理pi1=gi?1?gin號(hào)板pn1=gn?1第40頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月◆橫向影響線及橫向分布系數(shù)m

彈性板梁變位互等定理:每塊板截面相同:∴1號(hào)板影響線:附錄:橫向影響線豎標(biāo)計(jì)算表格影響線加載mc。第41頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月積分,并代入邊界條件得:*?jiǎng)偠葏?shù)γ值的計(jì)算◆計(jì)算w材力:梁撓曲方程:

當(dāng)時(shí):其中w和φ如何得到呢第42頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月◆計(jì)算材力:扭轉(zhuǎn)微分方程積分,代入邊界條件得:當(dāng)時(shí)第43頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月◆計(jì)算

γG=Gc=0.4E混凝土:E=Ec第44頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月*主梁抗扭慣矩的計(jì)算T形、Ⅰ形截面箱形截面:推導(dǎo)過程見書上P85~86第45頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月*鉸接T形梁橋的計(jì)算特點(diǎn)鉸接T形梁橋:無中橫隔梁,僅對(duì)翼板的板邊適當(dāng)連結(jié)。計(jì)算特點(diǎn):δii要計(jì)入翼板端彈性撓度f。設(shè)懸臂板長為d1,則

第46頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月代入正則方程(4.30)得方程組:

查表法:查附錄修正其中:第47頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月例4.4例4.5作業(yè):4.5(鉸接板),4.3(計(jì)算ⅠT)第48頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月●剛接梁法計(jì)算特點(diǎn)*適用翼緣板剛性連結(jié)的肋梁橋*計(jì)算特點(diǎn)接縫處有贅余彎矩mi*計(jì)算方法只有涉及贅余彎矩x4,x5、x6的系數(shù)與前述鉸接T梁不同。

(4.47)(當(dāng)無橫梁時(shí))第49頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月◆主系數(shù)由上圖得:據(jù)扭角、扭矩相似性有:據(jù)荷載與轉(zhuǎn)角關(guān)系有:

(材力)扭角撓曲角第50頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月?lián)鹤冃魏髱缀侮P(guān)系有:轉(zhuǎn)角與力方向相反

◆副系數(shù)單位彎矩下接縫無相對(duì)撓度:單位剪力下接縫無相對(duì)轉(zhuǎn)角:δ基本構(gòu)件間受力關(guān)系:(構(gòu)件間無關(guān))變形幾何關(guān)系x1b2第51頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月◆荷載系數(shù)當(dāng)P=1作用在K號(hào)梁時(shí):(K≠1時(shí))(K≠n時(shí))(i≠K、K-1時(shí))把上述系數(shù)代入方程組式(4.48)giηik(列表)見《公路橋梁荷載橫向分布計(jì)算》一書當(dāng)有中間橫隔梁時(shí),可以近似地把橫隔梁與實(shí)有的橋面板一起化成等剛度的虛擬橋面板來計(jì)算。第52頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月●荷載橫向分布系數(shù)沿橋跨變化*關(guān)于m的分析

m規(guī)律:?不同梁號(hào),m不同;

?不同內(nèi)力,m不同;

?不同截面,m不同;荷載位于支點(diǎn):m0(杠桿法,不考慮支座彈性變形)荷載位于跨中:mc(其他方法,所有主梁均參與工作)荷載位于其他截面:m0≠m≠mc(精確計(jì)算繁瑣)第53頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月*m的取用值◆計(jì)算跨中M時(shí)m的取值前述mc均由分析跨中M而得??紤]:

?mc沿L變化不大;?跨中荷載影響大(M包絡(luò)圖跨中豎標(biāo)大)m=mc第54頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月觀察圖4.26得: 影響面縱橫向完全異形,無 法作變量分離,不能得出一 個(gè)簡化的在全跨單一的荷載 橫向分布系數(shù) 采用近似計(jì)算方法:第一片橫梁以遠(yuǎn),其影響面縱、橫各自相似

m=mc

支點(diǎn)截面剪力分 布與杠桿法相似

m=m0近似m圖如下第55頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月有多片內(nèi)橫梁時(shí):無或只有一片內(nèi)橫梁時(shí):其余截面V的m可參考其他書。第56頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月l4.2.3主梁內(nèi)力計(jì)算據(jù)恒載、活載主梁M、V小跨簡支梁計(jì)算:M中、V支、V中4Mmax 2x(l?x)(即按均布荷載計(jì))近似:Mx=大跨簡支梁增加:?截面M、V第57頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月●恒載內(nèi)力計(jì)算恒載=前期恒載+后期恒載*計(jì)算方法◆橫隔梁、鋪裝層、人行道、欄桿、護(hù)欄等荷載處理方法?均勻分布于各主梁(簡單)

?人行道、欄桿等按橫向影響線加載(精確)◆組合式梁內(nèi)力計(jì)算分階段計(jì)算?梁肋、板——前期恒載(梁肋承受)?鋪裝、人行道等——后期恒載(組合梁承受)第58頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月◆PC梁分階段計(jì)算?梁自重——后張梁時(shí)為凈截面承受。?后(二)期恒載——換算截面承受。*計(jì)算舉例例4.6第59頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月●活載內(nèi)力計(jì)算*計(jì)算方法◆計(jì)算m◆繪縱向內(nèi)力影響線◆任意截面內(nèi)力 均布荷載:集中荷載:車道荷載總效應(yīng):人群荷載效應(yīng):B1人行道寬度第60頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月◆計(jì)算跨中M、V◆計(jì)算支點(diǎn)及附近V車道荷載、人群荷載下:等值mc下:第61頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月三角形m下:∴車道荷載支點(diǎn)剪力為:人群荷載支點(diǎn)剪力為:

舉例:例4.7第62頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月●內(nèi)力組合及包絡(luò)圖*內(nèi)力組合(見前)*內(nèi)力包絡(luò)圖

注意對(duì)稱性的應(yīng)用。作業(yè):第63頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月

4.3橋面板內(nèi)力計(jì)算橋面板內(nèi)力計(jì)算內(nèi)容: 4.3.1橋面板的分類

4.3.2車輪荷載在板上的分布

4.3.3橋面板的荷載分布寬度

4.3.4橋面板的內(nèi)力計(jì)算第64頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月4.3.1橋面板的分類作用:?直接承受輪壓;?傳載于主梁;

?與肋形成整體。梁格體系:第65頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月橋面板的分類?單向板:

,四邊支承;(√)?雙向板:,四邊支承;(鋼筋多,復(fù)雜,基本不用)

第66頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月?懸臂板:,有一自由邊;(√)?鉸接懸臂板:

,端部為鉸接;(√)4.3.2車輪荷載在板上的分布◆輪載:按分布荷載計(jì)(∵板跨小,按集中力計(jì)誤差大)◆輪橋接觸面:a1×b1(見表1.10P21)(實(shí)為橢圓)?鋪裝層擴(kuò)散角按45°(偏安全)?!糗囕喸诎屙?shù)姆植嫉?7頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月?板頂輪載分布沿橋梁縱向:

沿橋梁橫向:?板上分布荷載:P:后軸重(140KN)第68頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月4.3.3橋面板的荷載分布寬度問題:板的計(jì)算寬度≠a1+2h(其余板會(huì)幫助承載)

板的計(jì)算寬度=?●單向板結(jié)論:沿y方向板均參與工作,但離輪載中心較遠(yuǎn)的板條受力小。第69頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月*板的有效工作寬度為便于計(jì)算,取板寬為a,在a內(nèi)mx=mxmax(常量)。

a:板的有效工作寬度,稱為板的荷載分布寬度。?兩邊固結(jié)的板的a小(比簡支板);?全跨滿布條形荷載的a?。ū染植坎驾d);?荷載靠近支承時(shí)a小。a小意味mx分布較集中。*有效工作寬度的規(guī)律第70頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月*橋規(guī)對(duì)有效工作寬度的規(guī)定◆平行于板的跨徑方向的荷載分布寬度

b=b1+2h◆垂直于板的跨徑方向的荷載分布寬度▼輪載在板的跨徑中部時(shí)第71頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月▼車輪在板的支承處時(shí):?多輪,且按上式計(jì)算a重疊時(shí):▼車輪距板支點(diǎn)為x時(shí):即由支點(diǎn)a向跨中a直線過渡。a=(a1+2h)+ta=(a1+2h)+t+2x?單輪:▼即由支點(diǎn)a向跨中a直線過渡。第72頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月●懸臂板*討論彈性板理論計(jì)算結(jié)果:當(dāng)P位于板端時(shí):(最不利)∵a≈2L0∴荷載可近似地按45o角向懸臂板支承處分布。根部第73頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月*橋規(guī)規(guī)定◆當(dāng)C≤2.5m時(shí)荷載分布寬度a=(a1+2h)+2c◆當(dāng)C=L0時(shí)(最不利)a=(a1+2h)+2l0◆當(dāng)C>2.5m時(shí)(橋規(guī)未有明確計(jì)算方法)實(shí)際根部彎矩是按上述方式計(jì)算的1.15~1.30倍,輪下方無限寬度板條中有正彎矩,配筋。第74頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月4.3.4橋面板的內(nèi)力計(jì)算M配筋/m配筋/板●多跨連續(xù)單向板板與肋整體連結(jié)受力互相影響?肋抗扭剛度大?肋抗扭剛度小?肋抗扭剛度一般近似近似橋規(guī)近似計(jì)算方法(精確計(jì)算難):第75頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月*計(jì)算彎矩◆支點(diǎn)彎矩M0簡支板跨中彎矩◆跨中彎矩板厚/肋高<1/4(主梁抗扭大)板厚/肋高≥1/4(主梁抗扭?。┢渲校篗0=Mog+M0p若有多個(gè)輪,則上式還要考慮其他輪載。影響線加載M0g和M0p分別為恒載和活載產(chǎn)生的彎矩第76頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月◆板的計(jì)算跨徑計(jì)算彎矩時(shí):l=l0+t≤l0+b第77頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月*計(jì)算剪力◆計(jì)算圖式?不考慮板和主梁的彈性固結(jié)作用簡支;?計(jì)算跨徑:凈跨l0;?板自重g均布;?輪載盡量靠近肋布置。(最不利)第78頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月*計(jì)算支點(diǎn)剪力

恒載:一個(gè)輪載:◆多輪載情況:影響線加載作業(yè):4.7

◆單輪載情況縱向取1m板考慮第79頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月●鉸接懸臂板*計(jì)算彎矩最不利荷位:鉸接處(鉸內(nèi)剪力為0)計(jì)算圖式: ∴自重第80頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月*計(jì)算剪力V計(jì)算圖式:略去鉸反力(偏安全)第81頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月●懸臂板最不利荷位:*活載彎矩?當(dāng)b1+h≥l0時(shí)

?當(dāng)b1+h<l0時(shí)

*恒載彎矩:第82頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月*剪力:

計(jì)算圖——同彎矩; 計(jì)算過程——略●橋面板的計(jì)算舉例

例4.8作業(yè):4.8第83頁,課件共92頁,創(chuàng)作于2023年2月

4.4橫隔梁內(nèi)力計(jì)算目的: 保證主梁共同受力、結(jié)構(gòu)整體性。 精確法(復(fù)雜)×計(jì)算方法:偏心壓力法√

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