冷彎薄壁型鋼結構的有效截面設計法

冷彎薄壁型鋼結構的有效截面設計法TheEffectiveSectionmethodofCold-FormedThin-WallSteelStructuralDesign

報告人：何?？到淌谖靼步ㄖ萍即髮W土木工程學院2007/041

主要內容(MainContents)：

1.冷彎薄壁型鋼壓桿局部屈曲特性;

TheLocalBucklingBehaviorof

Cold-FormedSteelonCompressionMembers

2.板件屈曲后強度和有效寬度法概念;

TheConceptionsofEffectiveWidthMethodoftheplates

3.冷彎薄壁型鋼結構有效寬度計算。

TheCalculationofEffectiveWidthofCold-FormedSteelStructures

21.冷彎薄壁型鋼壓桿局部屈曲(LocalBuckling)特性在壓力作用下，截面板件發(fā)生波曲變形稱板件局部屈曲。截面板件交角保持不變,截面形狀不變,板件交線挺直.截面板件以一定半波長發(fā)生波曲狀變形，小變形理論。3根據薄板彈性理論，板件局部屈曲時的臨界應力

為：

k=板件穩(wěn)定系數(shù)，與板的支承條件、受力狀態(tài)等有關如均壓、二邊支承板k=4.0；一邊支承、一邊自由板k=0.425=泊松比，取≈0.3，b/t=板件寬厚比;與b/t平方成反比。

板件彈性局部屈曲臨界應力（1-1）

4板件非彈性局部屈曲臨界應力按F.柏拉希理論(BucklingStrengthofMetalStructures)：

F.柏拉希建議：應力、應變曲線比例極限到屈服強度之間假定為二次拋物線過渡:。

=切線模量=比例極限=計算應力52.板件屈曲后強度(Post-BuckingStrength)

和有效寬度（EffectiveWidth)法概念

板件屈曲后強度

板件達到臨界應力后，板面出現(xiàn)波曲，但并不破壞，它可繼續(xù)承受外載，這種現(xiàn)象稱之板件的屈曲后強度或超屈曲強度。

板件的超屈曲強度主要由于板件的橫向薄膜效應形成的；板件達屈曲荷載后，中間部分不再承擔外荷，但靠近支承板件可繼續(xù)承受外載，內力重分布這也是板件屈曲后強度形成的原因。6

板件屈曲后應力分布(StressDistribution)板件屈曲后應力分布不均勻,二支承邊處大于中央部位，直至板邊緣應力達屈服強度Fy，板件達到極限強度。

應力分布圖(StressDistribution)7板件屈曲后強度計算和有效寬度法概念有效寬度法的思路是：將沿板寬b方向上不均勻的應力分布，假設為以板邊緣最大應力均勻分布在一個假想的有效寬度上（如圖所示）。這個有效寬度可由非均勻應力分布的曲線面積和二塊均勻應力矩形面積相等所確定。即：有效寬度圖(EffectiveWidth)有效寬度對板而言:是計算板件極限強度的一種人為的方法。簡便實用，關鍵是有效寬度的確定。板的極限承力：8板件的超屈曲強度理論精確分析要應用板的大變形理論，其微分方程式為（Karman）1910

F

=應力函數(shù)(分析略)9冷彎尾薄壁招型鋼飄壓桿殲整體傭屈曲郊和局風部屈戴曲相埋關影及響：壓桿旱整體漿屈曲發(fā)：壓桿堪板件章局部幼屈曲睛：整體委屈曲嘆控制茄，局依部不賽屈曲仍，全鈔截面悟有效茄；局部彼先屈腥曲，施并利鳴用屈齡曲后鋪強度黎，局歸部屈居曲與伏整體對屈曲臘相關梢影響膠，即貢整體怒屈曲年承載屯力采評用部倚分有效糖截面確定議，考恰慮局內部屈憑曲對曲構件既整體棒屈曲多剛度跟削弱習。冷信彎薄竟壁型柴鋼構師件多升般屬刷此情閣況。10冷彎遲型鋼突C形桂截面刪軸壓腿柱試江驗實羊例演算示Co罵mp浴re啄ss順io盯n隙te虜st突o歌n播co檢ld網-f非or稈me叉d擾st取ee壞l真lo多ng泉c滔ol朱um饑n讀,跑C個s圾ec形ti父on刷,裂(2妥00絹6)11軸壓車柱板碑件局眠部屈省曲與眨構仲假整體滿屈曲哈相關拔作用Lo蛋ca付l掃&柱ov碌er層al羨l踐bu皇ck垂li末ng翻a歷nd島i餃nt鹿er盒ac志ti輩on周b偏et進we禍en踐t滋he雹m晴(2齒00迷5)12Fi廈na補l蠻ov病er濾al近l淹bu拔ck到li早ng砍f似ai盜lu指re股d唯et迫ai估ls暖(a心l裝oc破al上p戴la慣st時ic釘me剩ch脈an監(jiān)is蛛ms她f潔or漏me維d)柱最瘋終整男體屈他曲破宴壞痕（局吊部壓蠶曲塑情性機消構）外20持051355對0M鴨Pa駱冷詞彎薄售壁型沾鋼帽亭形截船面梁脹試您(2歡00御6)1455姓0M留Pa革冷究彎薄筍壁型營鋼帽堤形截呆面梁概試驗（受及壓翼稀緣和禮腹板寺受壓河區(qū)局夕部屈顆曲）今20列061555賄0M桐Pa換冷洪彎薄框壁型職鋼帽嗚形截廢面梁南試驗（梁殘受彎冷強度限破壞澤局部大壓曲弦塑性戶機構緒形成籠）2黨00散616普鋼危規(guī)范土GB蠢50蝴01以7對熱輝軋型己鋼脅構件首整體辣屈曲踩之前悲不允粗許出銹現(xiàn)截領面板鄰件的防局部題屈曲勤。方抵法是小限制質板件拐的寬兔厚比杯或設歡置加陶勁肋妨等。雕如:璃軸壓庭桿工泰字型男(由猴)翼緣屈和腹順板寬誰厚比乏規(guī)定診為張:又如呈:梁障腹板申設置失加勁獅肋持GB巡壽50珠01率7笫打條規(guī)勵定為曾:設置鴉橫向閑加勁擱肋設置喊縱向扒加勁合肋173.冷彎池薄壁產型鋼有效硬寬度友計算1)拾.卡門字公式（K須ar錦ma莊n）1殼93柏2卡門踐有效麗寬度高是一令個定胳值，薄與材大料性防能、送板件脾支承衣條件愈、受岸力況慮狀等娘有關匯，與裝實際廚板寬b無關;適用想于航撓空結鬧構，福用于猴建筑診結構奸中，朵應做陡修正饞。=4趟.0(均壓友四邊栗簡支項板);=0聯(lián).3碑;=2惰.0肉6×命10藍5貼N/忠mm吼2;=2鞠35泥N/真mm去2（日糟本規(guī)底范取帶）182)時.美國AI并SI規(guī)范Wi善nt覺er有效脅寬度輛公式(1惱94蔽6)煤:可以魄由實坑際邊掌緣最召大應依力埋代歡替;Wi國nt號er公式圓實際巨是卡鴿門修鋪正公色式；與板儀件實顯際寬白度b有關然，與陵板件販屈曲代系數(shù)k等有征關；k板件撫屈曲油系數(shù)止（與翠板件族支承奮條件叔、受聞力條異件等多有關疼）19嬌46年Wi述nt蕩er教授養(yǎng)提出么有效閣寬度柔公式撿時僅適然用于鄙均壓姥簡支蓋板，以恭后將猴其適趕用范壞圍擴旨展到紛各類比板件卻。k=麻4.攜0（均揀壓簡斜支板列）代婦入得：19Dr穗.G藥eo撐rg行e條Wi消nt撿er榆a慎t顏Co利rn寒el戰(zhàn)l朵Un畢iv煎er料si協(xié)ty20213)腰.美國藝AI能SI鴨規(guī)范勺（9獸6版焦)有系效寬跳度統(tǒng)步一爐法莊則（U顧ni滾fi充ed儉A雙pp泊ro雖ac堵h）公濕式(Pr譽of臺.鳴T.雀Pe爐ko扯z,浴C徹or諸ne旋ll易U撕ni順v.)將不旁同支黨承和泰不同臭受載快條件兄的斧板，闊用一石個統(tǒng)舞一公蝦式確聚定咐其有閉效寬精度。22美國鄰AI珠SI瘋規(guī)范位（9俊6版碎)有酷效寬魚度統(tǒng)界一法震則（U定ni戰(zhàn)fi記ed律A壓pp朽ro扛ac行h）（1）

做法沒：仍取Wi蠟nt跡er公式最，只輩是不鈴同板噴件代鄉(xiāng)豐入相應爹的屈襲曲系秘數(shù)即可①取Wi妖nt飄er公式警通式符：②以板永寬b殿表示告的彈計性屈聯(lián)曲應種力為:（2）23③棍式（育1）逗與式獨（2雅）相棕比得監(jiān)：（5）將啟表擋達式士代旦入(響4)圈式得眠:=有效量寬度桐折減證系數(shù)④令膚λ碧=按板的什柔性洪系數(shù)（λ量大,胡表示待板柔平性大蠻，即旨，禽小踐,鴿b/鎮(zhèn)t大紅）(3歡)(4改)⑤令(6裂)則式填(3彼)為森:(7撐)24⑥全截賊面有蠅效條國件令由（鉛6）肺得：得：λ≤殼0.極67醋3⑦AI呢SI籠有效界寬度糞計算賀統(tǒng)一耐式為：λ≤識0.汁67叔3(全癥截面垂有效木)λ>蘿0.醫(yī)67再3(部尖分截沫面有迎效)(6劈燕)由前：25算例:試確纖定均壓加疼勁板及非捧加勁扣板全議截面茶有效豎的寬殘厚比夠限值(1燦).均壓拍加勁抹板由式5全截列面有委效條鑄件λ≤宜0.質67半3及k=行4.崗0代入形上式篩得:對Q陸23四5(2雖).汁均壓津非加借勁板全截義面有賺效條而件λ≤適0.揀67掩3及施k=瓦0.糖42嶼5無代腥入上燒式街得:對Q館23華5由上喂計算當?shù)镁鶋簶I(yè)加勁和板、筆非加奇勁板野全截畢面有撇效寬紋厚比疲限值建分別刊為3還8及凈13俱;非鎖加勁賠板全膛截面避有效拴寬厚穴比限歷值是單加勁瀉板的甜1/旅326小結:AI豈SI隸規(guī)范鐵96蒼版統(tǒng)稿一法促則計勿算板破件有介效寬堂度程餅序：1.由板障件受姻力狀腥況,沿荷載腹支承姥條件壟確定,吵板件辣的實潔際b劇/t逢及廁鋼材賴強度遞(更或抖)所→λ賓（式淺5）關鍵嶼是確版定各氧類板鏡件屈股曲系晝數(shù);AI叢SI規(guī)范蒸以單敗板計銳算，準不計詠截面申板組筑相關遼影響;有效們寬度跳計算辣式用看實際誦應力御，羅應力核又與捆有效頓截面制有脊關按，需挨迭代融求2.遣由饞λ報→ρ亦（式素6）3.慮由諸ρ村→范（式勢7）當λ≤益0.倆67滔3(全誕截面襯有效短)λ>映0.麗67禮3(部酷分截伏面有陜效)274)山.哀板件似穩(wěn)定攤系數(shù)板件穩(wěn)定號系數(shù)尺與板支哀承條植件和仙受力挪狀態(tài)多、分摩布等予因素滴有關。板件支承葡條件分類圖,G禽B5渣00紹18愚規(guī)范舌截面袍板件準分三鹽類：加勁肉板件(S均ti往ff葵en續(xù)ed給e霉le轎me氣nt劉s);(兩邊部支承笨板件)部分勵加勁五板件(P外ar目ti盆al借ly皮s鼓ti往ff縫en蝴ed蹲e竄le漫me宏nt崇s);(一邊蹤蝶支承猜、一離邊卷撒邊板玩件)非加游勁板譽件(Un勉st運if覽fe禾ne埋del丈em橫en淘ts)。(一邊謎支承踩一邊寄自由竊板件)美國AI讓SI規(guī)范佳分四壟類：加勁撫板;(S輸ti訴ff寇en稅ed攪e嶺le濤me遍nt銀s)兇;非加吼勁板踢件;(P候ar陸ti炒al篩ly染s派ti籃ff翼en窯ed次e轉le漫me顆nt灶s)儉;邊緣軍加勁橫板件(Ed烏ge耳s謹ti翻ff絡en甜edel偵em態(tài)en復ts毒)中間尋加勁祖板件(In屢te參rm堅ed煙ia陶te緊e賊le該me騰nt慢s)。28板件受祝力狀溜態(tài)、殖分布插用系漠數(shù)不表示如壓仿彎構范件圖允示腹餐板應力犁分布棉系數(shù)為例汽：令：俘為應族力分夢布系興數(shù):==+爪1.鞭0任(倡均勻勢受壓揪);=孝-1扇.0陰(兔純彎彼曲)=欄受壓凳板件釣邊緣你最大絕壓應時力,祖壓為勢正;=頓受壓秘板件思另一持邊緣剖的應遇力,斃壓為肆正，沫拉為衰負,29

受壓超板件蘭屈曲帥系數(shù)k的計助算(鋪歐洲榨規(guī)范Eu宏ro貍co紙de3)扯:(1存).伍加勁書板件(2舉).非加植勁板殊件最大淚壓應手力在伸自由誼邊:最大調壓應倦力在腹支承汽邊:30(3膏)邊企緣加餓勁板當件:邊緣牢加勁聯(lián)板由犬翼緣憶和邊告加勁摘組成階，它像的局雜部穩(wěn)匠定性江與邊漿緣加牧勁尺棍寸相飲關。a)當邊戚緣加鋪勁尺磨足夠家，起高到充丈分加酸勁作授用;邊緣谷加勁猾板如礙同加倆勁板聾件b)遙當邊靠緣加孤勁尺扔寸過辦小，位起不類到充士分加隔勁作同用，汪卷邊絨帶動強翼緣友發(fā)生土畸變章屈曲c)煉當邊宴緣加集勁尺業(yè)寸過取太,師邊加樓勁如流同非格加勁熱板先仰屈曲童，翼細緣對裙它約毛束31邊緣匙加勁劫板件簽穩(wěn)定灶系數(shù)僚AI嶄SI林規(guī)范男確定杰方法情況鵝1：當邊桐緣加寧勁板個件寬勾厚比b/譯t≤S/3時,符合恰非加愧勁板贏件全垂截面沿有效情條件材，板虜件不議必加匙勁。(1嘩)情況搬2：當袋被加漲勁板龜件寬逗厚比S/3＜b/搏t＜S時慶，若例邊緣威加勁陵剛度期足夠賴且尺澇寸比企例合勞適：案穩(wěn)定廈系數(shù)胡按下死式(允2)摘計算鵝：(2怎)式中滑：襖(3謀)(4沉)續(xù)足您夠加凱勁剛印度要喪求(5令)引邊壤緣加始勁自墊身剛雅度(6菠)為非斜加勁辣板均煙壓屈誤曲系撒數(shù)，水可取厘0.窄43紗；n為系代數(shù)，蓬取0奔.5律。由（姑6）摟式可刻知，危當邊責緣加機勁寬虛度d與被粘加勁診翼緣魚板寬暴度b的比軍值為d/芳b=0律.2痰5時駛，ka=踐4.犁0，爐若此語時Ia=Is，則手由（懼2）廚式可普得：追邊緣意加勁并板件駁的屈訴曲系竊數(shù)k=4講.0閃，32情況學3：當枕邊緣建加勁師板件翅寬厚惠比b/先t＞S時俗：邊緣伯加勁嬸板寬超厚比森較大厭，隔邊緣陰加勁羅板件皮穩(wěn)定甩系數(shù)筆按上茫式(祖2)墊計算貫，(2做)但邊禍緣加窯勁板指足夠太加勁險的慣階性矩牲為：(7培)式(惕2)生中系廟數(shù)碗n隱此覽時為灑0豆.3伯3。艷其它糠計算予同上劫。335)梳.中國嘩規(guī)范暮GB森50緊01扔8-襖20座02殘有效士寬度模be計算字方法（1).修訂擁后的字GB畫50粗01晴8-盯20裝02糞有導效寬浙度be比原丟規(guī)范神有以竿下幾顏處不碎同:

用計丟算公茫式代墊替查未表方溉法;

與A暈IS攜I方撕法類桃同適姑用,猛各類著板件當采用拔一套紙統(tǒng)一策公定式雙(不尼同板趁件、倆不同繼受力掙狀態(tài)萄代入城不同頸k值閱);

公式維中板唉件屈結曲系牧數(shù)k咳考慮停板組尺相關間影響鼓系數(shù)汁。兼（A棚IS賀I單快板計嘆算）祥。34(2蒙)板者組相支關屈裙曲概率念（股均壓彎矩形茶管為釀例）組成咸截面菊各板昂件由胞于寬器厚比和不同礦，寬男厚比截大的嘩板件如首先側達局堅部屈呈曲臨弓界應絞力，孫但它璃必受界到寬本厚比裕小的頸板件飯約束轉，使鼓寬厚下比大術的板辦件局寄部屈廚曲臨另界應饒力提閘高，暈而寬訂厚比隨小的絞約束傘板件讓屈曲遭臨界述應力皇降低瞎，直家至兩扁板達到訂一個山相等糞的新徹臨界鵲應力，兩新板同賠時屈違曲(碗保持飾交角拖不變治)。此新桑臨界槍應力醒可稱叔之截面夏臨界以應力(偷Cr休it蜻ic道al財S黑ec布ti已on包S蛛tr姻es咐s）蒙。35(3狀)板大組約猜束系噴數(shù)k1概念如圖說示矩打形鋼異管截兩面,賓不計美板組地約束港影響改時:翼緣覺屈曲答應力:翼緣劃穩(wěn)定躺系數(shù))體(侮1)腹板旱屈曲秋應力:腹板不穩(wěn)定施系數(shù))皺(烈2)顯然:敘(翼緣撐板蛾大抄,先徑發(fā)生吩屈曲)考慮撤板組目約束稠影響版時:翼緣緞板屈冤曲時么,受精到腹相板約蘇束,緊其屈惱曲應線力提州高,箭即:=翼悉緣板釣約束酷系數(shù)種此嫂時>1艘.0腹板秩要約綢束翼肌緣板穴屈曲裝,其成屈曲持應力熄將降拆低,牙即=腹統(tǒng)板約淚束系展數(shù),進此時<1趙.0考慮友板組響相互隨約束息影響亡必要摩條件潑,式烈(3常)=腳式(烘4）薯(5刺)36式(幸3)鈔,(泥4)熊代入布(5還)整被理得批:(6代)令術(7巖)式（混６）咳(7繳)表遼示考安慮板蜜組影膝響,儲兩相援鄰板羊約束蘿系數(shù)壟之間澤的關洋系。為腹板埋.翼發(fā)緣單更板時的穩(wěn)定騾系數(shù)肉。GB政50兄01剖8根聲據級給境出計錢算板的約束推系數(shù)鐘計算蘋公式競。當

1.牽1時：當>革1.揉1濃時:37冷彎腳薄壁吊型鋼島截面麥板組抹相關尋屈曲林問題臟參考寸文獻隸：1)遇.F場.液Bl喇ei赤ch趣,左Bu未ck卻li鑄ng飛S皆tr豈en謠gt梁h感of鈴M俘et顆al的S慮tr維uc鍛tu余re悲s,賣1拐95艇22)殃.H柄.G第.A胃ll揭en素a餅nd哨,垂B繪ac區(qū)kg貫ro膊un炊d葬of拿B企uc她kl協(xié)in控g,流19唉803)并BS厲5蒙95銜0,溉St尖ru臂ct淘ur降ai耽U持se警o假f蹄St宴ee萬lw抗or脆k香in輪B太ui派ld湖in扎g尸,果Pa毫rt狠5粘,Co院de救o砍f臨Pr念ac點ti蝴ce鐘f談or鏈D唇es罪ig快n晝of禮C譽ol袖d-塌Fo伍rm鬼ed傲T勸hi頌n稻Ga票ug朽e難Se亞ct采io虎n后1政99多84)哨.陳驥臘編著鋤,丸鋼結棟構穩(wěn)晴定-眼--唇理論隆與設鵲計,資20滑0638（4).GB夠50洗01催8有效樂寬度鏈計菊算條)：根據栽原G陷BJ時18鬧-8門7規(guī)觸范由際試驗桑資料敗有效后寬度古計毅算式瘋:(1宜)代入薦和薯引入沉參數(shù)全式蕩中績板件貓約束近系數(shù)脅,得趕:(2示)令式閣(2煩)零得識全截有面有技效條問件為屑:(3乖)現(xiàn)行尋規(guī)范計算吃式還冠引入訓修正包系數(shù)凳，跟具體阿計算侍式如萄下：39GB描50其01初8有效敗寬度但be計算條)規(guī)邊定如糠下：GB成50垃01騰8對加倡勁板聞,部遮分加帥勁板打和非蒙加勁廳板的王有效稅寬度存be,均按佛以下所統(tǒng)一請公式艙計算擇，但踏公式南分為摘三段繪，即：當貸(讀全部臘有效狹)時：當貍時：(部夜分有嫁效)(2脂)當華時：(部惱分有銷效)(3姐)式中迷；炕=歉分玻別為獵板件貓實際濱寬度濟及厚蹈度；違=疼板件辦有效詠寬度=孫計算臺系數(shù)嫌；芽=夫板衰件受馬壓區(qū)聽寬度(1鉆)40中、依美規(guī)際范均殲壓加逃勁板宜件(截單板脹)有流效寬瞎度名比較茶圖示41(5).米板件計算糊系數(shù)，誕和受壓狠區(qū)乓的確赤定條)：

計算梅系數(shù)：(少與板晝件壓條應力濟分布向有關胳的系獲數(shù))=板奮件應偵力不雹均勻要系數(shù)=按骨毛截儀面及旅外載倚計算按.=街受壓勿板件膠邊緣邊最大膠壓應國力,浪壓為奧正；=慈受壓錄板件烘另一擺邊緣籃的應門力,伴壓為雄正，間拉為錦負。當帆<0案(員板件屑出現(xiàn)擺部分鵲受拉撥)時蓬：=1貞.0長(呢均勻笑受壓蠅)時轉：42

受壓奧區(qū)確定線：＝板慶件受耀壓區(qū)殼高度當0飛(前板件繪整截卵面受鑒壓)哄,＝稻；當要<仍0皮(截床面有沿一部畏分受剛拉)遞，＝給／避（１腐－）43

計算煤系數(shù)

系數(shù)與板獎支承轎條件府、應止力分陵布、咐相鄰仿板約逝束等皆因素刻有關抵。＝單板向的屈鄭曲系鄰數(shù)(室與板命的支足承條猴件及桃應力障分布揪有關盼)；＝板鼻組約沃束系值數(shù)，屈若不歇計板陽組約情束影棚響，姓則攔＝遙1.糠0。,控＝GB少50奏01識8譜給出孩了計橋算公尋式。箭(見懼后述眠)=叉板件黨可能網出現(xiàn)錫的最跑大設耕計應搬力條)。如軸騎壓構之件繡(娛壓桿化整體劉穩(wěn)定確系數(shù)像)如受彎構件44(6酒).耗單板段受壓合屈曲仔系數(shù)評的計遭算：形(廉與板鞋縱邊具支承頓條件吳、沙應力濟分布威有關箭)

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非加夫勁板榆件當最慣大壓弱應力淋在支發(fā)承邊籠(圖倘c)設時:當支時：當牌時坑：當瞧時叼：當最模大壓斤應力舅在自作由邊壘(圖媽d)如時:當效時傭：以上奔各式狐中，修當擋<華-1普時,繡式嫂中均仙按釘=缺-1普代入選計算。46(7終).詞板組顯約束澆系數(shù)誰的計汽算條):當

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（1鴉）冷引彎薄考壁型習鋼板均件寬修厚比禿較大豎，應云計算籌并利袍用其記屈曲柏后強糊度；

（2）門有效檔截面飄是利婚用受鞋壓板曾件屈積曲后差強度沿的一克種方慢法；眠作為捉桿件訓整體按而言，板件紹出現(xiàn)客局部熔屈曲茫將降價低桿蹤蝶件整究體剛爽度，倘有效康截面接法就錦是考尊慮板辨件局爬部屈蓋曲對記桿件房誠整體紐奉屈曲君相關寶影響雜，即償采用弟部分熄有效蹈截面彎作為鴉整體雨桿件短強度敢、穩(wěn)阿定驗朵算;

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