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文檔簡介

1、國家一級(jí)建造師(房屋建筑工程)考試培訓(xùn)1A410000房屋建筑工程技術(shù) 1A411000工程力學(xué)與工程結(jié)構(gòu) 1A412O00建筑材料 1A413O1O掌握民用建筑構(gòu)造輔導(dǎo)教師:劉棟棟新浪免費(fèi)信箱:會(huì)員代號(hào):混凝土結(jié)構(gòu)2004密 碼:0000001A410000房屋建筑工程技術(shù)1A411000工程力學(xué)與工程結(jié)構(gòu)1A411010掌握桿件強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定的基本概念1A411011桿件的基本受力形式桿件的基本受力形式按其變形特點(diǎn)可歸納為:拉、壓、彎、剪、扭。1A411012 桿件強(qiáng)度的基本概念桿件的強(qiáng)度:桿件的最大應(yīng)力達(dá)到材料的允許應(yīng)力,桿件所能承受的內(nèi)力。桿件的強(qiáng)度要求是桿件的最大應(yīng)力不超過材料的允

2、許應(yīng)力。桿件的承載力:桿件的達(dá)到材料極限強(qiáng)度時(shí),桿件所能承受的內(nèi)力。桿件的承載力要求是桿件不發(fā)生材料破壞或穩(wěn)定破壞。1A411013桿件剛度的基本概念剛度:桿件承受變形的能力。桿件的剛度要求為變形不超過變形限值。 影響位移因素為: (1)材料性能:與材料的彈性模量成反比。 (2)構(gòu)件的截面:與截面的慣性矩成反比。 (3)構(gòu)件的跨度;跨高比。 (4)荷載的大小。1A411014 桿件穩(wěn)定的基本概念 長細(xì)比較大的受壓桿件,隨荷載的增大,桿件突然發(fā)生彎曲,以致引起受壓桿件失穩(wěn)。在失穩(wěn)的瞬間并未發(fā)生材料破壞,而達(dá)到最大的承載力。因此受壓桿件要有穩(wěn)定的要求。 兩端鉸接的壓桿,臨界力的計(jì)算公式為: 不同支

3、承條件的軸壓桿件,其臨界力的計(jì)算公式相似于上式,但是采用計(jì)算長度。兩端鉸接時(shí),=;兩端固接時(shí),=0.5;一端固接,另一端鉸接時(shí),=0.7;一端固接,另一端自由時(shí),=2; =2 =0.7 計(jì)算長度 是一個(gè)與截面形狀尺寸有關(guān)的長度,稱作截面的回轉(zhuǎn)半徑。矩形截面=,圓形截面=。= 其中為長細(xì)比。 因此臨界力應(yīng)力與長細(xì)比的平方成反比,與彈性模量成正比。 注意兩個(gè)方向的穩(wěn)定。1A4llO20掌握平面力系的平衡方程及桿件內(nèi)力分析1A411021力的基本性質(zhì) (1)力的作用效果力的運(yùn)動(dòng)效果:促使或限制物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變;力的變形效果(力的效應(yīng)):使物體發(fā)生變形或破壞; (2)力的三要素 力的大小、力的方向和

4、力的作用點(diǎn)的位置稱三要素。 (3)作用與反作用原理力是物體之間的作用。作用力與反作用力總是大小相等,方向相反,沿同一作用線相互作用。 (4)力的合成與分解 力的合成與分解可采用平行四邊形法則; (5)約束與約束反力 約束對(duì)被約束桿件的反作用力,稱約束反力。(6)自由度和機(jī)動(dòng)體系的概念。一個(gè)剛體有三個(gè)自由度,增加約束可以減少自由度。物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以改變是幾何可變體系,物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不能改變是幾何不變體系。建筑工程結(jié)構(gòu)都是幾何不變體系。幾何不變體系的基本組成規(guī)律: 三角形規(guī)律。三角形鉸接體系是幾何不變的。 不在一條直線上兩個(gè)桿件以鉸相連的,兩個(gè)桿件的另外兩端以鉸與基礎(chǔ)相連是幾何不變的。 對(duì)于一個(gè)

5、桿件,以不相交于一點(diǎn)的三個(gè)鉸與基礎(chǔ)相連是幾何不變的。 兩個(gè)桿件,以不在同一直線上的三個(gè)鉸與基礎(chǔ)相連是幾何不變的。(7)靜定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)的概念靜定結(jié)構(gòu)的全部反力和內(nèi)力可以由平衡條件確定。超靜定結(jié)構(gòu)的全部反力和內(nèi)力不能由平衡條件確定,必須考慮變形協(xié)調(diào)條件。(8)計(jì)算簡圖的確定。1A411022平面匯交力系的平衡方程及應(yīng)用 (1)物體的平衡狀態(tài) 平衡狀態(tài):物體相對(duì)于地球處于靜止?fàn)顟B(tài)和等速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 (2)平衡條件 物體在許多力的共同作用下處于平衡狀態(tài)時(shí),這些力(稱為力系)之間必須滿足一定的條件,這個(gè)條件稱為力系的平衡條件。兩個(gè)力大小相等,方向相反,作用線相重合,這就是二力的平衡條件。 (3)

6、平面匯交力系的平衡條件 一個(gè)物體上的作用力系,作用線都在同一平面內(nèi),且匯交于一點(diǎn),這種力系稱為平面匯交力系。平面匯交力系的平衡條件是:力對(duì)軸投影之和等于零,對(duì)軸投影之和等于零,即和, (4)利用平衡條件求未知力 一個(gè)物體,重量為,通過兩條繩索和拉住。計(jì)算和繩索拉力的步驟為:首先取隔離體,作出隔離體受力圖。然后再列平衡方程,和, -/2+/2=0, = /2+/2-600=0, +=1200 =1200/(+) =1200/(+)1A411023力偶、力矩的特性及應(yīng)用 (1)力矩的概念 力使物體繞某點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的效果用力矩度量。力矩=力力臂,=。 (2)力矩的平衡 物體繞某點(diǎn)不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的條件是:對(duì)該點(diǎn)

7、的順時(shí)針力矩之和等于反時(shí)針力矩之和。或者力矩之和為零,即,稱力矩平衡方程。 (3)力矩平衡方程的應(yīng)用 利用力矩平衡方程求桿件的未知力或支座反力。,求。 ,=,求。 ,= (4)力偶的特性 兩個(gè)大小相等方向相反,作用線平行的特殊力系稱為力偶,力偶矩等于力偶的一個(gè)力乘力偶臂,即=。 (5)力的平移法則作用在物體某一點(diǎn)的力可以平移到另一點(diǎn),但必須同時(shí)附加一個(gè)力偶。1A411024用截面法計(jì)算單跨靜定梁的內(nèi)力(1)梁在荷載作用下的內(nèi)力 一簡支梁。梁受彎后,上部受壓,產(chǎn)生壓縮變形;下部受拉,產(chǎn)生拉伸變形。梁的截面上有兩種內(nèi)力,即彎矩和剪力。1-1截面的剪力可根據(jù)求得,=。1-1截面彎矩可根據(jù),可求得=。

8、 (2)剪力圖和彎矩圖梁在不同荷載作用下剪力圖和彎矩圖繪制方法:首先求支座反力,然后計(jì)算梁的剪力方程和彎矩方程,最后畫出梁的剪力圖和彎矩圖。 彎矩和剪力的正負(fù)號(hào)規(guī)定。 見圖 1A4llO242。找出懸臂梁上各截面的內(nèi)力變化規(guī)律,可取距點(diǎn)為的任意截面進(jìn)行分析。首先取隔離體,剪力=,彎矩=-。根據(jù)剪力方程和彎矩方程即可畫出剪力圖和彎矩圖。 : : ;: ; : -=0, =- = -; =0時(shí),=;=時(shí),= - ;: +-= 0 =+=(-)+ =- =0時(shí),=0;=時(shí),=0; =/2時(shí),=-= + - - + + - - - - 荷載與彎矩圖和剪力圖的關(guān)系 當(dāng)一段梁上的荷載為常數(shù)時(shí),剪力圖為傾斜

9、線,彎矩圖為二次拋物線。雨水法則。 當(dāng)一段梁上無荷載時(shí),剪力圖為水平線,彎矩圖為傾斜線。 當(dāng)一段梁上有集中荷載時(shí),荷載兩側(cè)剪力圖有跳躍,彎矩圖有尖角。 當(dāng)集中荷載或集中力偶將梁分為幾段時(shí),各段梁上的剪力方程和彎矩方程不同。 /2 : (向下): ;(向上): ;段: -=0, = = -; =0時(shí),=-;=時(shí),=-;: -= 0 = - =0時(shí),=0;=時(shí),=-;段: : -=0, = += 0 0 =-= - =0時(shí),=0; =/2時(shí),= -;1A411025靜定桁架的內(nèi)力計(jì)算 (1)桁架的計(jì)算簡圖,基本假設(shè) 1)桁架的節(jié)點(diǎn)是鉸接; 2)每個(gè)桿件的軸線是直線,并通過鉸的中心; 3)荷載與支座

10、反力都作用在節(jié)點(diǎn)上。 (2)用節(jié)點(diǎn)法計(jì)算桁架軸力:先用靜定平衡方程式求支座反力、,再截取節(jié)點(diǎn)為隔離體作為平衡對(duì)象,利用和,求桿1和桿2的未知力。=30 =2,=0; 2-/2+/2=0 =-3(壓) (/2)+=0 = -(/2)= 3/2(拉) 二力桿:力作用于桿件的兩端,力作用方向與桿件的軸線相同,稱為軸力。只有軸力的桿稱二力桿。(3)用截面法計(jì)算桁架軸力:截面法是求桁架桿件內(nèi)力的另一種方法,見圖1A4110252。首先求支座反力、,桁架中作一截面,截?cái)嗳齻€(gè)桿件,出現(xiàn)三個(gè)未知力,、??衫谩⒑?,求出、。 , 32-/2(2)-=0 4-=0 =4(拉) , +3-/2=0 =-2.5(壓)

11、 , /2+=/2+4-2.5=0 =-3/(壓) 根據(jù),也可以求出 3-/2()-/2()=0 3-/2()-4-/2()=0-3/2-/2=0 =-3/(壓) 零桿的概念,拉桿和壓桿的概念 桁架的上弦桿為壓桿,下弦桿為拉桿。1A411026 應(yīng)力、應(yīng)變的基本概念 (1)應(yīng)力的概念 見圖1A4llO261,桿件本身的一部分與另一部分之間互相作用的力稱為桿件的內(nèi)力,作用在截面單位面積上的內(nèi)力稱為應(yīng)力。 應(yīng)力。其中為截面的面積。 (2)應(yīng)變的概念 如將力卸去后,變形可以恢復(fù),這種變形稱為彈性變形。這種性質(zhì)稱為彈性,具有彈性的物體稱為彈性體。桿的伸長(或縮短),應(yīng)變?yōu)椋?(3)彈性定律 應(yīng)力與應(yīng)變

12、成正比,這種關(guān)系稱彈性定律?;⒖硕桑?。 比例常數(shù)稱為彈性模量,單位為。 剪應(yīng)力應(yīng)變的虎克定律: 應(yīng)變狀態(tài):主拉應(yīng)力狀態(tài),主壓應(yīng)力狀態(tài),純剪應(yīng)力狀態(tài)。梁的正應(yīng)力與剪應(yīng)力計(jì)算: ,矩型抗彎截面模量 , ,矩型截面, 。1A4llO3O掌握主要工程結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)及應(yīng)用1A411031混凝土結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)及應(yīng)用(1) 混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn) 承載力高;可模性好;耐久性與耐火性好;整體性好;延性好;原料來源方便。(2)鋼筋和混凝土的材料性能 1)鋼筋的力學(xué)性能: 建筑鋼筋分兩類,一類為有明顯流幅的鋼筋,另一類為沒有明顯流幅的鋼筋。 有明顯流幅的鋼筋含碳量小,塑性好,延伸率大。 無明顯流幅的鋼筋含碳量高、強(qiáng)度

13、高、塑性差、延伸率小、沒有屈服臺(tái)階,脆性破壞。 =0.85 0.2% 鋼筋應(yīng)力應(yīng)變曲線 對(duì)于有明顯流幅的鋼筋,其性能的基本指標(biāo)有屈服強(qiáng)度、延伸率、屈強(qiáng)比和冷彎性能四項(xiàng)。冷彎性能是反應(yīng)鋼筋的內(nèi)部缺陷,是塑性性能的另一個(gè)指標(biāo)。 2)鋼筋的成分: 鐵是主要元素,還有少量的碳、錳、硅、釩、鈦等,另外還有少量有害元素如硫、磷、氧。 3)混凝土: 立方抗壓強(qiáng)度:混凝土以立方體強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(,保證率95%)作為強(qiáng)度等級(jí),單位是。C20表示 20。規(guī)范中規(guī)定共分十四個(gè)等級(jí),C15C80,級(jí)差為5。C50以上為高強(qiáng)混凝土。標(biāo)準(zhǔn)試件,標(biāo)準(zhǔn)制作,標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn):制作邊長為150的立方體試件,在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下(溫度203,相

14、對(duì)濕度95以上),養(yǎng)護(hù)到28d齡期,小于等于C30的混凝土,加荷速度為0.30.5,大于C30的混凝土,加荷速度為0.50.8,測得的抗壓強(qiáng)度值為混凝土立方體試件抗壓強(qiáng)度,以表示,單位為或。 軸心抗壓強(qiáng)度(棱柱體強(qiáng)度); 軸心抗拉強(qiáng)度,不僅是計(jì)算抗裂承載力的材料強(qiáng)度指標(biāo),而且是計(jì)算混凝土與鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度、混凝土構(gòu)件的受剪承載力等的強(qiáng)度指標(biāo)?;炷恋目估瓘?qiáng)度很低,只有軸心抗壓強(qiáng)度1/101/20; 鋼筋與混凝土的共同工作。 鋼筋與混凝土的相互作用稱為粘結(jié)。鋼筋與混凝土能夠共同工作依靠它們之間的粘結(jié)強(qiáng)度。混凝土與鋼筋接觸面的剪應(yīng)力稱粘結(jié)應(yīng)力。影響粘結(jié)強(qiáng)度的主要因素有混凝土的強(qiáng)度、保護(hù)層的厚度和鋼筋

15、之間的凈距離等。 (3)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法的基本概念 我國現(xiàn)行規(guī)范采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法(近似概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法),其基本原則如下: 1)結(jié)構(gòu)功能:建筑結(jié)構(gòu)必須滿足安全性、適用性、耐久性的要求。 2)可靠性:結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi),在規(guī)定的條件下,完成預(yù)定功能要求的能力,稱為結(jié)構(gòu)的可靠性。可靠度:結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi),在規(guī)定的條件下,完成預(yù)定功能要求的概率??煽慷仁强煽啃缘亩恐笜?biāo)。 3)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的實(shí)用表達(dá)式: 兩種極限狀態(tài): 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能的要求,次特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。承載能力極限狀態(tài):構(gòu)件或連接因達(dá)到材料極限強(qiáng)度而破壞;結(jié)構(gòu)和

16、構(gòu)件失去平衡;穩(wěn)定或變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系。正常使用極限狀態(tài): 結(jié)構(gòu)和構(gòu)件達(dá)到影響正常使用的變形、振動(dòng)、局部損壞或其它特定狀態(tài),如相對(duì)沉降量過大。為了滿足可靠度的要求,在實(shí)際設(shè)計(jì)中采取如下方法: 在計(jì)算桿件內(nèi)力時(shí),對(duì)荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以一個(gè)大于1的系數(shù)(、),稱荷載分項(xiàng)系數(shù)?;詈奢d組合系數(shù)小于1。 在計(jì)算結(jié)構(gòu)的抗力時(shí),將材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以一個(gè)大于1的系數(shù)(、),稱材料分項(xiàng)系數(shù)。 對(duì)安全等級(jí)不同的建筑結(jié)構(gòu),采用一個(gè)重要系數(shù)進(jìn)行調(diào)整。在采用上述設(shè)計(jì)方法,可靠度指標(biāo)便得到了滿足。這就是以分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)的近似概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。1A411032鋼筋混凝土梁的正截面承載力及構(gòu)造要求破壞形態(tài)超筋破壞:受壓區(qū)混凝土被壓碎時(shí)

17、,受拉縱向鋼筋不屈服。少筋破壞:一旦開裂,鋼筋立即屈服,梁被折斷。一裂即壞。適筋破壞:鋼筋屈服后,繼續(xù)加荷,受壓區(qū)混凝土被壓碎。(1) 適筋梁正截面受力階段分析,見圖 1A4110321。 第I階段:很小,混凝土和鋼筋都處在彈性工作階段。第I 階段結(jié)束時(shí)拉區(qū)混凝土應(yīng)力達(dá)到,混凝土即將開裂。當(dāng)受拉區(qū)邊緣混凝土達(dá)到極限拉應(yīng)變時(shí),混凝土開裂。第I 階段末是抗裂承載力的極限狀態(tài),是抗裂承載力計(jì)算的依據(jù)。 第階段:增大,拉區(qū)混凝土開裂后,逐漸退出工作。中和軸上移。壓區(qū)混凝土出現(xiàn)塑性變形,混凝土壓應(yīng)力呈曲線,鋼筋應(yīng)力剛到達(dá)屈服強(qiáng)度時(shí),第階段結(jié)束。第階段是梁帶裂縫工作階段,是正常使用極限狀態(tài)計(jì)算變形和裂縫寬

18、度的依據(jù)。第階段:鋼筋屈服后,應(yīng)力不再增加。應(yīng)變迅速增大,混凝土裂縫上移。中和軸迅速上升,混凝土壓區(qū)高度減小,梁的撓度急劇增大。當(dāng)受壓區(qū)邊緣混凝土達(dá)到極限壓應(yīng)變時(shí),混凝土被壓碎,梁即破壞。第階段末是受彎承載能力的極限狀態(tài),是受彎承載能力計(jì)算的依據(jù)。 (2)梁的正截面受力簡圖,見圖1A4110322。正截面承載力的計(jì)算是依靠上述第階段末的截面受力狀態(tài)建立的。假定;截面應(yīng)變保持平面;不考慮混凝土受抗拉作用;混凝土物理關(guān)系和鋼筋物理關(guān)系。為了簡化計(jì)算,受壓區(qū)混凝土的應(yīng)力圖形用一等效矩形應(yīng)力圖形代替。建立設(shè)計(jì)公式如下: 圖1A411032-2(3)梁的正截面承載力計(jì)算公式 根據(jù)靜力平衡條件,建立平衡方

19、程式: 對(duì)受拉鋼筋的合力作用點(diǎn)取矩 = 對(duì)壓區(qū)混凝土壓合力作用點(diǎn)取矩 式中荷載在該截面產(chǎn)生的彎矩設(shè)計(jì)值;等效矩形應(yīng)力系數(shù)。小于C50的混凝土,=1.0,大于C50的混凝土,1.0。 規(guī)范中明確地規(guī)定,不允許設(shè)計(jì)成超筋梁()和少筋梁(,0.45),它們的破壞是沒有預(yù)兆的脆性破壞。=縱筋凈距、保護(hù)層和有效高度混凝土保護(hù)層有三個(gè)作用:1)保護(hù)縱向鋼筋不被銹蝕;2)在火災(zāi)等情況下,使鋼筋的溫度上升緩慢;3)使縱向鋼筋與混凝土有較好的粘結(jié)。 梁、板、柱的混凝土保護(hù)層厚度與環(huán)境類別和混凝土強(qiáng)度等級(jí)有關(guān)。鋼筋替換:鋼筋強(qiáng)度相同時(shí),截面面積不變,作用點(diǎn)不變。鋼筋強(qiáng)度不同時(shí),合力不變。單排雙排鋼筋代換;以強(qiáng)度較

20、高的鋼筋替換強(qiáng)度較低的鋼筋。 (4)梁的斜截面承載力受彎構(gòu)件截面上除作用彎矩外,通常還作用有剪力。在彎矩和剪力的共同作用下,有可能產(chǎn)生斜裂縫,并可能沿斜裂縫截面發(fā)生破壞。破壞形態(tài):斜壓破壞:斜向混凝土小柱受壓破壞時(shí),箍筋不屈服。斜拉破壞:一旦開裂,箍筋立即屈服,梁被斜向拉開,一裂即壞。剪壓破壞:箍筋屈服后,剪壓區(qū)混凝土在復(fù)合受力下破壞。 影響斜截面受剪承載力的主要因素: 1)計(jì)算剪跨比(廣義剪跨比);剪跨比越大,斜截面受剪承載力越低。2)混凝土的強(qiáng)度等級(jí),;混凝土的強(qiáng)度等級(jí)越高,斜截面受剪承載力越高。3)箍筋的直徑、間距、肢數(shù)和強(qiáng)度,配箍率和箍筋強(qiáng)度越高,斜截面受剪承載力越高。配箍率。箍筋抗拉

21、強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。彎起鋼筋和箍筋統(tǒng)稱為腹筋。一般斜截面承載力計(jì)算公式: =考慮剪跨比的斜截面承載力計(jì)算公式: =,1.53.0 4)彎起鋼筋的受剪承載力為 + 為了防止斜壓破壞和斜拉破壞的限制條件: 1)防止斜壓破壞。限制梁的截面最小尺寸,其中包含混凝土強(qiáng)度等級(jí)等因素;0.25, 2)防止斜拉破壞。適當(dāng)配置箍筋,并滿足規(guī)范的構(gòu)造要求(直徑、間距和肢數(shù));最小箍筋率要求:0.24。箍筋最大間距:防止在兩個(gè)箍筋之間發(fā)生斜截面破壞。梁的箍筋最大間距箍筋的最小直徑:當(dāng)梁高大于800時(shí),直徑不宜小于 8;當(dāng)梁高小于或等于800時(shí),直徑不宜小于 6;當(dāng)梁中配有計(jì)算需要的縱向受壓鋼筋時(shí),箍筋直徑尚不應(yīng)小于/4,為縱向受壓鋼筋的最大直徑。第一根箍筋距支座邊緣50。3)當(dāng)配置彎起鋼筋時(shí),應(yīng)滿足規(guī)范的構(gòu)造要求。防止在兩個(gè)彎起鋼筋之間發(fā)生斜截面破壞,要求第一排(根)彎起鋼筋的上彎點(diǎn)至支座邊緣的距離小于,前一排(根)彎起鋼筋的下彎點(diǎn)至后一排(根)彎起鋼筋的上彎點(diǎn)的距離小于。彎起鋼筋構(gòu)造要求 (5)受拉和受壓構(gòu)件1)鋼筋混凝土軸心受拉構(gòu)件 2)鋼筋混凝土軸心受壓構(gòu)件 為穩(wěn)定系數(shù),與長細(xì)比有關(guān)。越大,越小。兩個(gè)方向穩(wěn)定系數(shù)可能不同。3)鋼筋混凝土偏心受壓構(gòu)件破壞形態(tài):受拉破壞(大偏心受壓破壞),混凝土受壓破壞時(shí),受拉鋼筋達(dá)到抗拉屈服強(qiáng)度。受壓破壞(小偏心受壓破壞),混凝土受壓破壞時(shí),受拉鋼筋達(dá)不到抗拉屈服強(qiáng)度

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