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文檔簡介
鋼結(jié)構(gòu)連接計(jì)算及構(gòu)造鋼結(jié)構(gòu)連接計(jì)算及構(gòu)造3.1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法、形式、表示及特點(diǎn)3.2對(duì)接焊縫計(jì)算3.3角焊縫計(jì)算3.4焊接殘余應(yīng)力及殘余變形3.5螺栓連接3.6普通螺栓連接3.7高強(qiáng)螺栓連接3.1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法、形式、表示及特點(diǎn)鋼材→構(gòu)件→整體結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)的連接方法選擇的原則:傳力明確簡捷、強(qiáng)度可靠、保證安全,同時(shí)還須構(gòu)造簡單、材料節(jié)約、施工簡便、造價(jià)降低。常用的連接方法一般采用焊接、栓接和鉚接。(a)焊縫連接;(b)鉚釘連接;(c)螺栓連接;(d)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)的連接方法連接方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)焊接對(duì)幾何形體適應(yīng)性強(qiáng),構(gòu)造簡單,省材省工,易于自動(dòng)化,工效高對(duì)材質(zhì)要求高,焊接程序嚴(yán)格,質(zhì)量檢驗(yàn)工作量大鉚接傳力可靠,韌性和塑性好,質(zhì)量易于檢查,抗動(dòng)力荷載好費(fèi)鋼、費(fèi)工普通螺栓連接裝卸便利,設(shè)備簡單螺栓精度低時(shí)不宜受剪,螺栓精度高時(shí)加工和安裝難度較大高強(qiáng)螺栓連接加工方便,對(duì)結(jié)構(gòu)削弱少,可拆換,能承受動(dòng)力荷載,耐疲勞,塑性、韌性好摩擦面處理,安裝工藝略為復(fù)雜,造價(jià)略高射釘、自攻螺栓連接靈活,安裝方便,構(gòu)件無須予先處理,適用于輕鋼、薄板結(jié)構(gòu)不能受較大集中力焊接優(yōu)點(diǎn):任何形式的構(gòu)件一般都可直接相連,不削弱構(gòu)件截面,用料經(jīng)濟(jì),構(gòu)造簡單,加工方便,連接剛度大,密封性能好,可采用全自動(dòng)或半自動(dòng)作業(yè),生產(chǎn)效率高。缺點(diǎn):焊縫附近鋼材,在高溫作用下形成熱影響區(qū),其金相組織和力學(xué)性能發(fā)生變化,導(dǎo)致局部材質(zhì)變脆;焊接過程中鋼材受到不均勻的加溫和冷卻,使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力和殘余變形,對(duì)結(jié)構(gòu)的承載力、剛度和使用性能有一定的影響。常用的連接方法一般采用焊接、栓接和鉚接。焊接原理鋼結(jié)構(gòu)常用的焊接方法是電弧焊,包括手工電弧焊、自動(dòng)或半自動(dòng)埋弧焊及氣體保護(hù)焊等。手工電弧焊電路由焊條、焊鉗、焊件、電焊機(jī)與導(dǎo)線組成。
通電引弧后,在涂有焊藥的焊條端與焊件間產(chǎn)生電弧,使焊條熔化,熔滴滴入被電弧吹成的焊接溶池中,焊藥燃燒在熔池周圍形成保護(hù)氣體,稍冷后在焊縫熔化金屬表面形成熔渣,以隔絕熔池中液體金屬與氧、氮等氣體的接觸,避免形成脆性易裂化合物,焊縫金屬冷卻后與焊件熔成一體。手工電弧焊直流手工電弧焊—?dú)寤『付喙δ芎笝C(jī)直流手工電弧焊施焊適于任意空間位置的焊接,特別適于焊接短焊縫所采用的焊條型號(hào)應(yīng)與主體金屬相適應(yīng)P26當(dāng)不同強(qiáng)度鋼材焊接時(shí)應(yīng)選用與強(qiáng)度較低鋼材相適應(yīng)的焊條。自動(dòng)或半自動(dòng)埋弧焊自動(dòng)或半自動(dòng)埋弧焊主要設(shè)備是自動(dòng)電焊機(jī),沿軌道按設(shè)定速度移動(dòng),通電引弧后,使埋于焊劑下的焊絲和附近的焊劑熔化,熔渣浮在熔化的焊縫金屬上面,使融化金屬不與空氣接觸,并供給焊縫金屬以必要的合金元素,隨焊機(jī)的移動(dòng),顆粒狀焊劑不斷從料斗漏下,電弧完全被埋在焊劑之內(nèi),同時(shí)焊絲自動(dòng)地邊熔化邊下降,稱為自動(dòng)埋弧焊。
(沿軌道推移過程由人工控制時(shí),稱為半自動(dòng)埋弧焊)手工電弧直流/直流脈沖氬弧焊兩用機(jī)1—焊絲轉(zhuǎn)盤;2—轉(zhuǎn)動(dòng)焊絲的電動(dòng)機(jī);3—焊劑漏斗;4—電源;5—熔化的焊劑;6—焊縫金屬;7—焊件;8—焊劑;9—移動(dòng)方向埋弧自動(dòng)電弧焊原理圖門式全自動(dòng)埋弧焊機(jī)H型鋼柱上上
的焊焊縫氣體保護(hù)護(hù)焊設(shè)備來自自上海怡怡賓機(jī)電電氣體保護(hù)護(hù)焊是利利用惰性氣體體或二氧氧化碳?xì)怏w作為為保護(hù)介介質(zhì)的一一種電弧弧熔焊方方法。直直接依靠靠保護(hù)氣氣體在電電弧周圍圍形成局局部的保保護(hù)層,,以防止止有害氣氣體侵入入,從而而保持焊焊接過程程的穩(wěn)定定,氣體體保護(hù)焊焊又稱氣氣電焊。。(最常用的的惰性氣氣體是氬氣)二氧化碳碳?xì)怏w保保護(hù)焊塑性和抗抗腐蝕性性好,適適用于全全位置的的焊接。。但不適適用于在在風(fēng)較大大的地方方施焊氣體保護(hù)護(hù)焊現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)西湖國際際大廈施施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)采用二氧氧化碳?xì)鈿怏w保護(hù)護(hù)施焊杭州廣播播電視新新樓施工工現(xiàn)場(chǎng)采用二氧氧化碳?xì)鈿怏w保護(hù)護(hù)施焊電阻焊電阻焊是是利用電電流通過過焊件接接觸點(diǎn)表表面電阻阻所產(chǎn)生生的熱來來熔化金金屬,再再通過加加壓使其其焊合。。電阻焊焊只適用用于板疊疊厚度不不大于12mm的焊接。。對(duì)冷彎彎薄壁型型鋼構(gòu)件件,電阻阻焊可用用來綴合合壁厚不不超過3.5mm的構(gòu)件。。氣焊焊縫的形形式與構(gòu)構(gòu)造1.按構(gòu)件的的相對(duì)位位置分::對(duì)接連接接、搭接連接接、T形連接接、角接連接接四種對(duì)接焊縫縫直縫斜縫角焊縫端縫側(cè)縫斜焊縫2.按焊縫的的種類分分3.按施焊焊位置置分俯焊立焊橫焊仰焊(a)對(duì)接連連接;;(b)用拼接接蓋板板的對(duì)對(duì)接連連接;;(c)搭接連連接;;(d)、(e)T型連接接;(f)、(g)角部連連接焊縫連連接的的形式式焊縫的的表示示在鋼結(jié)結(jié)構(gòu)施施工圖圖中的的焊縫縫,應(yīng)應(yīng)遵照照《焊縫符符號(hào)表表示法法》(GB324——88)和《建筑結(jié)結(jié)構(gòu)制制圖標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50105)的規(guī)規(guī)定予予以標(biāo)標(biāo)注。。焊縫符號(hào):主要由圖形符號(hào)、、輔助符號(hào)號(hào)和引出線線等部分組成成。圖形符號(hào):表示焊縫截截面的基本本形式。引出線:由橫線、斜斜線及箭頭頭組成,而而橫線由兩兩條平行的的實(shí)線與虛虛線組成,,可在實(shí)線線側(cè)或虛線線側(cè)標(biāo)注符符號(hào),斜線線和箭頭則則將整個(gè)焊焊縫符號(hào)指指向圖形的的有關(guān)焊縫縫處。連續(xù)角焊縫縫和間斷角角焊縫<=30t(受拉)<=15t(受壓)t當(dāng)焊縫分布布不規(guī)則時(shí)時(shí),在標(biāo)注注焊縫符號(hào)號(hào)的同時(shí),,宜在焊縫縫處加粗線線(表示可可見焊縫))或柵線((表示不可可見焊縫)),工地安安裝焊縫加加×號(hào),如如圖下圖。(a)可見焊縫(b)不可見焊縫縫(c)工地安裝焊焊縫焊縫標(biāo)注方方法見教材P43焊縫缺陷(a)裂紋;(b)焊瘤;(c)燒穿;(d)弧坑;(e)氣孔;(f)夾渣;(g)咬邊;(h)未熔合;(i)未焊透焊縫缺陷焊縫質(zhì)量檢檢驗(yàn)《鋼結(jié)構(gòu)工程程施工質(zhì)量量驗(yàn)收規(guī)范范》(GB50205-2001)規(guī)定焊縫縫按其檢驗(yàn)驗(yàn)方法和質(zhì)質(zhì)量要求分分為一級(jí)、二級(jí)級(jí)和三級(jí)。三級(jí)焊縫只要求對(duì)全全部焊縫作作外觀檢查且符合三級(jí)級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn);設(shè)計(jì)要要求全焊透透的一級(jí)、二級(jí)級(jí)焊縫則除外觀檢查外,還要求求用超聲波探傷傷進(jìn)行內(nèi)部缺陷的檢驗(yàn),超超聲波探傷傷不能對(duì)缺缺陷作出判判斷時(shí),應(yīng)應(yīng)采用射線探傷檢驗(yàn),并應(yīng)應(yīng)符合國家家相應(yīng)質(zhì)量量標(biāo)準(zhǔn)的要要求。一級(jí)焊縫超聲波和射射線探傷的的比例均為為100%,二級(jí)焊縫超聲波探傷傷和射線探探傷的比例例均為20%且均不小小于200mm。當(dāng)焊縫長長度小于200mm時(shí),應(yīng)對(duì)整整條焊縫探探傷。鋼結(jié)構(gòu)中一般采用三三級(jí)焊縫,可滿足通通常的強(qiáng)度度要求,但但其中對(duì)接接焊縫的抗拉強(qiáng)度有有較大的變異性,,其設(shè)計(jì)值值僅為主體體鋼材的85%左右。因而而對(duì)有較大大拉應(yīng)力的的對(duì)接焊縫縫,以及直直接承受動(dòng)動(dòng)力荷載的的重要焊縫縫,可部分分采用二級(jí)焊焊縫,對(duì)抗動(dòng)力和疲疲勞性能有較高要求求處可采用用一級(jí)焊縫。焊縫質(zhì)量量等級(jí)須在在施工圖中中標(biāo)注,但但三級(jí)焊縫不不需標(biāo)注。螺栓連接優(yōu)點(diǎn):施工工藝簡簡單,安裝裝方便,特特別適用于于工地安裝裝連接,工工程進(jìn)度和和質(zhì)量易得得到保證。。缺點(diǎn):因開孔對(duì)構(gòu)構(gòu)件截面有有一定的削削弱,且被被連接的板板件需要相相互搭接或或另加拼接接板或角鋼鋼等連接件件,因而比比焊接連接接用材較多多,構(gòu)造也也較繁。常用的連接接方法一般般采用焊接接、栓接和鉚接。鉚釘連接常用的連接接方法一般般采用焊接接、栓接和和鉚接。對(duì)接焊縫的的計(jì)算對(duì)接焊縫的的焊件常需需做成坡口,故又叫坡坡口焊縫坡坡口形式與與焊件厚度度有關(guān)。當(dāng)當(dāng)焊件厚度度很小(手工焊6mm,埋弧焊10mm)時(shí),可用用直邊縫。對(duì)于一般厚厚度(6~20mm)的焊件可可采用具有有斜坡口的單單邊V形或V形焊縫。斜坡口和和根部間隙隙c(離縫)共共同組成一一個(gè)焊條能能夠運(yùn)轉(zhuǎn)的的施焊空間間,使焊縫縫易于焊透透;對(duì)于較較厚的焊件件((t>20mm),則采用用U形、K形和X形坡口。(a)直邊縫;(b)單邊V形坡口;(c)V形坡口;(d)U形坡口;(e)K形坡口;(f)X形坡口對(duì)接焊縫的的坡口形式式在對(duì)接焊縫縫的拼接處處,當(dāng)焊件件的寬度不不同或厚度度相差4mm以上時(shí),應(yīng)應(yīng)分別在寬寬度方向或或厚度方向向從一側(cè)或或兩側(cè)做成成坡度不大大于1:2.5的斜角(圖圖3.11),以使截截面過渡和和緩,減小小應(yīng)力集中中。(a)改變寬度度;((b)改變厚度度用引弧和引引出板焊接接鋼板拼接對(duì)接焊縫的的強(qiáng)度與所所用鋼材的的牌號(hào)、焊焊條型號(hào)及及焊縫質(zhì)量量的檢驗(yàn)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)等因素素有關(guān)??箟?、抗剪剪強(qiáng)度:與母材強(qiáng)度度相同。抗拉強(qiáng)度:由于三級(jí)檢驗(yàn)的焊縫允許許存在的缺缺陷較多,,故其抗拉拉強(qiáng)度為母材強(qiáng)度的的85%,而一、二級(jí)檢檢驗(yàn)的焊縫的抗抗拉強(qiáng)度可可認(rèn)為與母材強(qiáng)度相相等。1、軸心受力力的對(duì)接焊焊縫的計(jì)算算式中l(wèi)w—焊縫計(jì)算長度;
t—連接件的較小厚度,對(duì)T形接頭為腹板厚度; 、—對(duì)接焊縫的抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。當(dāng)加引弧板板較為困難難而未加時(shí)時(shí),焊縫長長度應(yīng)減去去2t。因此,在一般加引引弧板施焊焊的情況下下,所有受受壓、受剪剪的對(duì)接焊焊縫以及受受拉的一、、二級(jí)焊縫縫,均與母母材等強(qiáng),,不用計(jì)算,只有受拉的的三級(jí)焊縫縫才需要進(jìn)進(jìn)行計(jì)算。2、斜向受力的對(duì)接的焊接接分別驗(yàn)證證正應(yīng)力、、剪應(yīng)力,,有一定的的近似性式中l(wèi)w—焊縫的計(jì)算長度;加引弧板時(shí),;不加引弧板時(shí),;
—對(duì)接焊縫抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。例3-1P46GOGO3、承受彎矩矩和剪力聯(lián)聯(lián)合作用的的對(duì)接焊縫縫對(duì)接接頭受受彎矩和剪剪力的聯(lián)合合作用,由由于焊縫截截面是矩形形,正應(yīng)力力與剪應(yīng)力力圖形分別別為三角形形與拋物線線形,其最最大值應(yīng)分分別滿足下下列強(qiáng)度條條件。對(duì)接焊縫受受彎矩和剪剪力聯(lián)合作作用
(3.2)
(3.3)式中,WW—焊縫截面模模量;SW—焊縫截面面面積矩;IW—焊縫截面慣慣性矩。工字形截面面梁的接頭頭,采用對(duì)對(duì)接焊縫,,除應(yīng)分別別驗(yàn)算最大大正應(yīng)力和和剪應(yīng)力外外,對(duì)于同同時(shí)受有較較大正應(yīng)力力和較大剪剪應(yīng)力處,,例如腹板板與翼緣的的交接點(diǎn)處處,還應(yīng)按按下式驗(yàn)算算折算應(yīng)力力:(3-4)例3-2P474.承受彎、剪剪、軸力共共同作用的的對(duì)接焊縫縫對(duì)稱工字形形截面當(dāng)工字型鋼鋼梁同時(shí)承承擔(dān)彎矩、、剪力、軸軸力共同作作用時(shí):彎矩、軸力力由全截面面共同承擔(dān)擔(dān),剪力由腹板板承擔(dān)角焊縫的構(gòu)構(gòu)造一、角焊縫縫的形式直角角焊縫縫普通型深熔直角焊焊縫平坡凸形斜角角焊縫縫斜銳焊縫斜鈍焊縫斜凹角焊縫縫大量試驗(yàn)結(jié)結(jié)果表明,,側(cè)面角焊焊縫主要承承受剪應(yīng)力力。塑性較較好,彈性性模量低((N/mm22),強(qiáng)度也也較低。正正面角焊縫縫的靜力強(qiáng)強(qiáng)度高于側(cè)側(cè)面角焊縫縫,但塑性性差。二、最小焊焊角尺寸三、最大焊焊角尺寸四、角焊縫縫最小計(jì)算算長度五、側(cè)面角角焊縫最大大計(jì)算長度度每條側(cè)焊縫縫的長度不宜小于兩兩側(cè)面角焊焊縫之間的的距離。兩側(cè)面角角焊縫之間間的距離b也不宜大于于16t(t>12mm)或190mm(t≤12mm),t為較薄焊件件的厚度。。在搭接連接接中,當(dāng)僅僅采用正面角焊縫縫時(shí),其搭接接長度不得小于焊焊件較小厚厚度的5倍,也不得小小于25mm。焊縫長度及及兩側(cè)焊縫縫間距搭接連接桿件與節(jié)點(diǎn)點(diǎn)板的焊縫縫連接(a)兩面?zhèn)群福ǎ╞)三面圍焊焊((c)L形圍焊角焊縫的計(jì)計(jì)算單焊縫的三三種破壞形形式焊縫剪壞焊縫拉壞焊縫斷裂直角角焊縫縫:計(jì)算截面為為450斜截面普通形平平坡凸凸形等等邊凹形形斜角角焊縫縫1、當(dāng)平行于于焊縫長度度方向時(shí),,(側(cè)面焊焊縫)2、當(dāng)垂直于于焊縫長度度方向時(shí),,(正面焊縫)3、在其它力力和各種力力綜合作用用時(shí)例:3-3P514.承受軸心力角角鋼的角焊接接連接(1)側(cè)面焊接連連接時(shí)設(shè)N1N2分別為角鋼肢肢背,肢尖承受的內(nèi)內(nèi)力(2)角鋼用三面面圍焊時(shí)N3作用在正面角角焊縫的中間間,所以N1、N2個(gè)分一半(3)角鋼用L形圍焊5、彎矩、軸力力、剪力共同同作用頂接連接角焊焊縫計(jì)算3.4焊接殘余應(yīng)力力和焊接變形形(a)、(b)縱橫向收縮縮;(c)面內(nèi)彎曲變形形;(d)角變形;(e)變曲變形;(f)扭曲變形;(g)薄板失穩(wěn)翹曲曲變形圖3.27焊接殘余變形形類別示意圖圖焊接殘余應(yīng)力力和焊接變形形的危害1、焊接應(yīng)力的的影響對(duì)結(jié)構(gòu)靜力強(qiáng)強(qiáng)度無影響降低結(jié)構(gòu)的剛剛度對(duì)低溫冷脆的的影響是決定定性的對(duì)結(jié)構(gòu)的疲勞勞強(qiáng)度有明顯顯不利影響2、焊接變形的的影響焊接變形不但但影響結(jié)構(gòu)的的尺寸和外形形美觀,而且且有可能降低低結(jié)構(gòu)的承載載能力,引起起事故。焊接殘余應(yīng)力力和焊接變形形的防止措施施(1)合理的焊縫縫設(shè)計(jì)合理的選擇焊焊縫的尺寸和和形式,盡量量采用較小的的焊縫尺寸。。盡可能能減少少不必要的焊焊縫——不適當(dāng)?shù)卮罅苛坎捎眉觿爬呃?。合理地安排焊焊縫的位置——盡量對(duì)稱于中中性軸,或接接近中性軸盡量避免焊縫縫的過分集中中和交叉——加勁肋進(jìn)行切切角盡量避免在母母材厚度方向向的收縮應(yīng)力力(2)合理的工藝藝措施采用合理的焊焊接順序和方方向——先焊工作時(shí)受受力較大的焊焊縫或收縮量量較大的焊縫縫。采用反變形法法錘擊或輾壓焊焊縫——在剛焊完時(shí)進(jìn)進(jìn)行。錘擊應(yīng)應(yīng)保持均勻、、適度,避免免錘擊過分產(chǎn)產(chǎn)生裂紋。對(duì)于小尺寸焊焊件焊前預(yù)熱熱returnGOGO3.5螺栓連接普通螺栓連接接按受力情況況可分為抗剪連接和抗拉連接,也有同時(shí)抗抗剪和抗拉的的??辜暨B接接又有單面受受剪和雙面受受剪以及多面面受剪等不同同情況。普通螺栓抗剪剪連接通普普通螺栓抗抗拉連接1、螺栓的排列列螺栓在構(gòu)件上上排列應(yīng)簡單單、統(tǒng)一、整整齊而緊湊,,通常分為并列和錯(cuò)列兩種形式。螺栓的排列return2、螺栓在構(gòu)件件上的排列應(yīng)應(yīng)滿足受力、構(gòu)造和和施工要求:(1)受力要求::在受力方向向螺栓的端距距過小時(shí),鋼鋼材有剪斷或或撕裂的可能能。各排螺栓栓距和線距太太小時(shí),構(gòu)件件有沿折線或或直線破壞的的可能。對(duì)受受壓構(gòu)件,當(dāng)當(dāng)沿作用方向向螺栓距過大大時(shí),被連板板間易發(fā)生鼓鼓曲和張口現(xiàn)現(xiàn)象。(2)構(gòu)造要求::螺栓的中矩矩及邊距不宜宜過大,否則則鋼板間不能能緊密貼合,,潮氣侵入縫縫隙使鋼材銹銹蝕。(3)施工要求::要保證一定定的空間,便便于轉(zhuǎn)動(dòng)螺栓栓板手?jǐn)Q緊螺螺帽。GO3、螺栓的其他他構(gòu)造要求螺栓連接除了了滿足上述螺螺栓排列的容容許距離外,,根據(jù)不同情情況尚應(yīng)滿足足下列構(gòu)造要要求:(1)為了使連接接可靠,每一桿件在節(jié)節(jié)點(diǎn)上以及拼拼接接頭的一一端,永久性性螺栓數(shù)不宜宜少于兩個(gè)。但根據(jù)實(shí)踐踐經(jīng)驗(yàn),對(duì)于于組合構(gòu)件的的綴條,其端端部連接可采采用一個(gè)螺栓栓。(2)對(duì)直接承受受動(dòng)力荷載的的普通螺栓連連接應(yīng)采用雙雙螺帽或其他他防止螺帽松動(dòng)動(dòng)的有效措施。。例如采用彈彈簧墊圈,或或?qū)⒙菝被蚵萋輻U焊死等方方法。(3)由于C級(jí)螺栓與孔壁壁有較大間隙隙,只宜用于于沿其桿軸方方向受拉的連連接。承受靜靜力荷載結(jié)構(gòu)構(gòu)的次要連接接、可拆卸結(jié)結(jié)構(gòu)的連接和和臨時(shí)固定構(gòu)構(gòu)件用的安裝裝連接中,也也可用C級(jí)螺栓受剪。。但在重要的的連接中,不不得采用C級(jí)螺栓。應(yīng)優(yōu)優(yōu)先采用高強(qiáng)強(qiáng)度螺栓。(4)沿桿軸方向向受拉的螺栓栓連接中的端端板(法蘭板板),應(yīng)適當(dāng)當(dāng)加強(qiáng)其剛度度(如加設(shè)加加勁肋),以以減少撬力對(duì)對(duì)螺栓抗拉承承載力的不利利影響。4、孔、螺栓圖圖例普通螺栓連接接計(jì)算抗剪螺栓----依靠螺桿抗剪剪和螺桿對(duì)孔孔壁的承壓,,傳遞垂直于于螺栓的外力力抗拉螺栓----依靠螺桿受拉拉傳遞平行于于螺桿的外力力1、抗剪普通螺螺栓連接構(gòu)造造破壞形式主要要有a)螺栓剪
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