CN101925770A - 用于地震撑杆的通用结构附接 - Google Patents

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Abstract

用于支撑的结构附接装置，包括夹子和可枢转地耦接到该夹子上的支架。该结构附接装置是抗摇撑杆组件的一部分，用于为导管、管子或其它系统提供抗摇支撑。该夹子是大致C形的夹子，具有用于接收例如管子、角件或支柱的不同类型的抗摇撑杆的槽。该槽具有多个部分，构建成用于接收不同厚度的材料。夹子的下腿可以具有圆化的顶面，以更好地接合用作抗摇撑杆的管子。夹子的调节螺钉上紧，以将该抗摇撑杆压制在位于夹子的下腿上的台阶上。该调节螺钉朝向槽的闭合端成角度。调节螺钉尖端压在抗摇撑杆上使得抗摇撑杆的材料变形。

Description

用于地震撑杆的通用结构附接
技术领域
本发明涉及地震支撑、抗摇支撑、结构附接装置和地震约束的领域。
背景技术
地震抗摇支撑通常需要用于管道工程系统、火喷洒器、电气系统、加热导管、通风导管、空调导管、建筑物的其它结构性的和非结构性的构件，以及安装在建筑物中的一些设备。抗摇支撑的一种方法是将需要支撑的系统耦接到管子或其它刚性的结构元件上，该结构元件又耦接到建筑物结构上，例如墙上。需要对管子、导管和其它物体的支撑进行改进。
发明内容
结构附接装置构建成用作在支撑系统中的一个组件，该支撑系统用于防止悬挂在天花板、横梁或其它结构上的管子或其它负载摇摆。该装置牢固地夹住抗摇撑杆的一端，而抗摇撑杆的另一端连接到负载上。
通常，夹子，其用于牢固地夹持抗摇撑杆，和支架，其用于提供到建筑物结构的连接点。夹子和支架连接为使得夹子可以枢转到不同的支撑角度。夹子的内部几何形状是这样的，当调节螺钉螺旋通过该夹子时，螺钉接触该抗摇撑杆，并牢固地楔入到在调节螺钉和夹子本体之间的撑杆中。设计的目的在于提供耐用的方法，以夹住所有最常用的抗摇撑杆(尤指管子、角件和支柱)。
根据本发明的一个方面，夹子具有这样的夹子内喉部几何形状，其具有使得抗摇撑杆定位的成角度的台阶，从而抗摇撑杆的中心轴线定向为大致不垂直于用于夹持抗摇撑杆的调节螺钉的中心轴线。该夹子调节螺钉的轴线可以设置为大致靠近成角度的台阶的边缘，使得抗摇撑杆牢固地楔入在螺钉和台阶之间。
根据本发明的另一方面，两个不同尺寸的槽可用于接收不同尺寸的抗摇撑杆。较小槽的尺寸用于容纳1-2英寸(25.4-50.8mm)的管子和支柱，而较大槽的尺寸用于容纳0.25英寸(6.4mm)厚的扁材、角铁或其它0.25英寸(6.4mm)厚的结构钢。较小的槽可以是渐缩的，从而不同壁厚的抗摇撑杆(即1英寸(25.4mm)、1.25英寸(31.8mm)、1.5英寸(38.1mm)的管子等)将合适地配合在槽中，特别地，使得抗摇撑杆的外表面将与槽的顶表面紧密接触。抗摇撑杆的顶部和槽的顶表面之间的接触阻止了位于调节螺钉后面的抗摇撑杆的部分向上旋转，这样允许通过调节螺钉传送的所有能量用于变形/楔入抗摇撑杆。
根据本发明的另一方面，用于夹持抗摇撑杆的夹子包括采用去头螺钉(break away head screw)以确保获得合适的螺钉加载。
根据本发明的另一方面，抗摇撑杆夹子具有帮助引导每种类型的支撑材料到理想的最终位置的几何形状(即用于管子的圆引导件、用于角件的第二台阶和用于管子和支柱的第一台阶)。
根据本发明的还有一方面，抗摇撑杆夹子具有调节螺钉，其定向为不与支撑元件的中心轴线垂直。这提供了楔入作用，以将撑杆元件限制在夹子里面。
根据本发明的还有的方面，用于抗摇撑杆夹子的调节螺钉具有尖端，其位于定位成非常靠近在夹子的喉部上的台阶，从而使得螺钉尖端将撑杆材料牢固地挤压在夹子的台阶上。
根据本发明的另一方面，抗摇撑杆支架具有翼片，当施加载荷时，翼片用于减小支架离开结构的撬动。
根据本发明的还有一个方面，地震撑杆结构附接装置包括：地震撑杆夹子和可枢转地耦接到该夹子上的支架，该地震撑杆夹子包括：主体；和附接到该主体上的上腿和下腿。上腿和下腿在它们之间限定出槽。该槽包括一对槽部分，它们各自具有不同的高度，用于接收不同厚度的物体。
根据本发明的另一方面，地震撑杆结构附接装置包括：地震撑杆夹子和可枢转地耦接到该夹子上的支架，该地震撑杆夹子包括：主体，和附接到该主体上的上腿和下腿。上腿和下腿在它们之间限定出槽。该槽包括一对槽部分，该对槽部分构建成用于接收不同厚度的物体。
根据本发明的还有一方面，地震支撑的方法包括：将地震撑杆附接到地震撑杆夹子上，和采用可枢转地耦接到夹子上的支架将地震撑杆夹子耦接到建筑物结构上，其中所述附接包括：将地震撑杆插入到一对槽部分的其中一个中，该槽部分构建成用于在地震撑杆夹子的上腿和下腿之间接收不同厚度的物体；和将调节螺钉上紧在地震撑杆上。
为实现上述和相关目的，本发明包括下文完整描述和在权利要求中特别指出的特征。下面的说明书和附图详细地陈述了本发明的某些示例的实施方式。然而，这些实施方式仅仅示出了本发明的原理可以使用的不同方法的几种。本发明的其它目的、优点和新颖性特征将从本发明下面结合附图的详细描述中变得显而易见。
附图说明
后附的是描述本发明的一个或多个实施方式的附图。所述附图不必是按比例的。
图1是根据本发明实施方式的结构附接装置的斜视图。
图2是图1的结构附接装置的侧视图。
图3是图1的结构附接装置的一部分的侧视图，表示抗摇撑杆材料的变形。
图4是图1的结构附接装置的分解图。
图5是抗摇撑杆组件的侧视图，其包括图1的结构附接装置。
图6是图1的结构附接装置的侧视图，其附接到管子上。
图7是图1的结构附接装置的侧视图，其附接到角件上。
图8是图1的结构附接装置的侧视图，其附接到支柱上。
图9是根据本发明的结构附接装置的替代实施方式的斜视图。
图10是图9的结构附接装置的侧视图。
具体实施方式
用于支撑的结构附接装置包括夹子和可枢转地耦接到该夹子上的支架。该结构附接装置是抗摇撑杆组件的一部分，该抗摇撑杆组件用于为导管、管子或其它系统提供抗摇支撑。该夹子是大致C形的夹子，其具有用于接收不同类型的抗摇撑杆的槽，所述抗摇撑杆例如是管子、角件或支柱(strut)。该槽具有构建成用于接收不同类型的抗摇撑杆的多个部分。不同的槽部分可具有不同的间距，用于接收不同厚度的材料。其中一个槽部分可具有恒定的高度(间距)，而其它部分可从该高度逐渐减小，以允许较薄的抗摇撑杆材料进入。夹子的下腿可具有圆化的顶面，以更好地接合用作抗摇撑杆的管子。夹子的调节螺钉上紧以将该抗摇撑杆压制在夹子下腿上的台阶上。该调节螺钉向着槽的闭合端成角度。将调节螺钉尖端压制在抗摇撑杆上，从而使得抗摇撑杆的材料变形。这有助于将该抗摇撑杆固定在夹子上。
下面是相关的定义：
1)结构附接装置——用于将抗摇撑杆直接附接到建筑物结构上的装置；
2)抗摇撑杆——刚性的结构性元件，典型地为一段钢管、支柱或角件，用于采用附接到抗摇撑杆和喷洒器系统管(或其它需要支撑的物体)的抗摇撑杆装置将喷洒器系统管(或其它需要支撑的物体)附接到建筑物结构上；和附接到抗摇撑杆和建筑物结构上的结构附接装置；
3)抗摇撑杆组件——结构性系统，包括连接到抗摇撑杆装置的抗摇撑杆，在一端上附接到喷洒器系统管(或其它需要支撑的物体)，并在另一端上连接到附接到建筑物的结构附接装置。这些组件用于将喷洒器系统管道或其它管道系统(或者其它需要支撑的物体)连接到建筑物结构上，以在地震或其它冲击波冲击建筑物的过程中，为建筑物和喷洒器系统管道或其它管道系统(或者其它需要支撑的物体)之间的相对水平运动提供阻力；和
4)抗摇撑杆装置——用于将抗摇撑杆附接到喷洒器系统管道(或其它需要支撑的物体)上的装置。
先参见图1和2，结构附接装置10包括夹子12和支架14。该夹子12用于接收和保持作为抗摇撑杆组件的一部分的抗摇撑杆，例如一段管子、支柱或角件。该支架14铰接地耦接到夹子12上，允许支架14和夹子12之间相对角度的改变。支架14用于将结构附接装置10耦接到建筑物结构上，例如墙或天花板。
夹子12具有C形，带有从中心体26延伸的上腿(或元件或本体部)22和下腿(或元件或本体部)24。腿22和24在它们之间限定了用于接收和固定抗摇撑杆的槽或开口30。调节螺钉34在上腿22中的螺纹孔36中，用于支承在槽或开口30中的抗摇撑杆材料并使其变形，以将抗摇撑杆固定在槽30中。
槽30具有用于接收和固定不同类型的抗摇撑杆材料的两个或更多个部分。(这里，槽部分有时称为“槽”。)在图1和2所示的实施方式中，槽30具有相对较深(或厚)的槽部分40和相对较浅(或薄)的槽部分42。槽部分40的深度(高度)大于槽部分42，以允许槽部分40接收和保持比能够配合在浅槽部分42的抗摇撑杆更厚的抗摇撑杆。槽部分40和42都是同一槽30的一部分。相对较深的槽部分40更靠近槽30的喉部44，使得想要到达浅槽部分42的物体必须通过深的槽部分40。
槽部分40和42具有各自的止部46和48，它们限制抗摇撑杆或其它物体在它们里面的插入。止部46是上腿22向下突出的表面50。止部46限制太厚而不能进入槽部分42中的物体(例如抗摇撑杆)插入槽30中。止部46具有弯曲的形状，其将较小的物体向较小的槽部分42推动。这样，止部46用于既限制厚的物品进入槽30中，又便于较薄的物品进一步进入到槽30中。
如前面指出的，夹子12是大致C形的，本体的上体部分22和下体部分24通过槽部分40和42分开。槽部分40和42尺寸定为用于接收和引导不同的抗摇撑杆。较大的槽40容纳大约0.25英寸(6.8mm)壁厚的撑杆。较小的槽42容纳1-2英寸(25.4-50.8mm)的管子。较小槽42的开始点为采用较大槽40的抗摇撑杆提供有效的位置止部。较小槽42可以是渐缩的，从而槽42在其开始点具有最大的高度，而在其闭合端具有最小的高度，该闭合端用作止部48。
壁厚0.25英寸(6.8mm)的抗摇撑杆将插入到夹子中，直至撑杆到达较大槽40的端部。1-2英寸(25.4-50.8mm)的管子将插入较小(渐缩的)槽42中，直至撑杆与槽42的后面接触。在所有的情形中，在插入到夹子中之后，撑杆的顶部将或者接触或者非常紧密地接近两个槽40和42其中一个的顶面。
如前面指出的，夹子12的上部22具有螺纹孔36，用于接收调节螺钉34。螺纹孔36的轴线52定向为不垂直于槽部分40和42，而是朝向夹子本体26成角度。该轴线52可偏离槽部分40和42的垂直线20度，具有1度的公差。更广泛地，该角度可以偏离该垂直线15到20度(相对于槽部分40和42为65到75度)，或者甚至在该范围之外。夹子12的下部分24具有大致圆形形状的上表面54，当管子用作撑杆时，其用作引导件。夹子12的下部分24还具有台阶56，该台阶56可定向为平行于螺纹孔36的轴线52。台阶56定位为靠近但是稍微在调节螺钉34和调节螺纹孔36的轴线52的后面(朝向夹子本体26)。例如，轴线52可以在台阶56的0.15英寸(3.8mm)内经过，或者更广泛地，在台阶56的0.1至0.2英寸(2.5mm至5.1mm)内经过。台阶56比轴线52最接近台阶56的位置更靠近主体26。
在喉部44附近，比台阶56更远离夹子本体26处，下腿24具有倾斜的平坦表面60。该倾斜表面60在槽30的喉部44成角度地远离该槽30。这为槽30提供了更大(更高)的开口，当抗摇撑杆插入到夹子12中时，这便于将抗摇撑杆引导进入槽部分40和42中。
现在再参见图3，一旦抗摇撑杆66插入到夹子12中，具有圆锥点或其它尖端64的调节螺钉34可以用于接合支撑元件(抗摇撑杆)66。当撑杆66通过其合适地配合在两个槽部分40和42的其中一个中而被限制时，通过调节螺钉34施加的向下的力有效地在台阶56周围移置撑杆材料70。当调节螺钉尖端64继续向下移动时，一些移置的撑杆材料70在下夹子本体或腿24中稳固地楔入在调节螺钉尖端64和台阶56之间。在下夹子本体24中的台阶56足够深，以允许调节螺钉34移置充足量的抗摇撑杆材料。当拉伸载荷施加到撑杆66上时，调节螺钉34相对于撑杆66设置的大角度也使得调节螺钉34更牢固地掘入/接合到撑杆材料中。
调节螺钉34的螺钉头74是六角形的，构建成用于一旦施加合适的安装力矩时进行折断。
在夹子12的尾部是在夹子本体26中的间隙孔76。该孔76可定尺寸为接收标准的0.5英寸(12.7mm)的螺栓，或者其它合适的紧固件。
在一个实施方式中，夹子12是由球墨铸铁、铸铁或其它合适的材料制成的铸件。肋和凸起，例如肋78和80，包含在夹子12的区域中，以在最少化材料使用时确保强度。圆角设置在终端部分，以减轻和最小化应力集中。
现在参见图4，夹子12通过支架14连接到结构上。该支架14通过六角形的螺栓84和六角形的螺母86螺栓连接到夹子12的后部，可以理解的是，其它紧固件和其它类型的连接件也是可以替代使用的。六角形螺栓84将夹子主体26耦接到支架14的臂90上。该臂90在其中具有间隙孔92，螺栓84通过在夹子12和支架14中的孔76和92。在组装过程中，螺栓连接被预安装成通过固定的间隙在夹子12和支架14之间提供自由旋转。
支架14具有支架本体94，该支架本体94具有用于支承在结构上的平坦表面94。该臂90以较小的钝角从平坦的本体94向下延伸，该钝角例如为偏离垂直线大约10度。臂90的端部具有间隙孔92，用于0.5英寸(12.7mm)的螺栓84(或其它合适的紧固件)。这是支架14连接到夹子12的位置。该臂90以较小的钝角定向，以为将支架14安装到结构上的工具确保充足的间隙。而且，该臂90可以定位为使得夹子12的中心(夹子12的中心平面)与支架本体94中的安装孔98的轴线基本对齐。
支架14构建为具有足够的厚度，以确保承载合适的阻力。合适的圆角包含在各部分交界处，尤其是在平坦的安装部分94和臂90交汇处，以防止不必要的应力集中。
翼片100也从安装表面的背部延伸出来，以助于在通过臂90施加负荷时防止支架14从结构上撬出。
支架14可以是由球墨铸铁或其它合适的材料制成的铸件。
该结构附接装置包括夹子12、调节螺钉34、支架14、螺栓84和螺母86。图5表示抗摇撑杆组件120的例子，该抗摇撑杆组件120用于固定管子或其它物体(或负载)124，以防止摇摆。该抗摇撑杆组件120包括结构附接装置10，其用于将抗摇撑杆66固定到建筑物结构126上，例如天花板、横梁或其它合适的结构。抗摇撑杆装置130用于将抗摇撑杆66附接到管子或其它负载124上。合适的抗摇撑杆装置的例子参见公开号为US 2008/0251651A1的属于本发明人所有的美国专利申请，该申请的图和说明通过参考结合于此。
图6-8表示该结构附接装置10与不同类型的抗摇撑杆66的接合。图6示出管子140用作抗摇撑杆66，其中管子一直插入到槽部分42中。图7示出角铁144用作抗摇撑杆66，其中该角铁144固定在槽部分40中，因为它太厚不能进入到槽部分42内。图8示出支柱148用作抗摇撑杆66，其中支柱148完全地插入到槽部分42内。
可以理解的是，上述结构附接装置10具有许多优点。一个优点是撑杆元件(抗摇撑杆)在夹子12中的安装。夹子槽30具有其两个槽部分40和42的内部几何形状，允许更好地引导和固定不同壁厚的支撑元件。较大的槽部分40构建成用于接收0.25英寸(6.4mm)厚的结构性钢制撑杆，或者类似厚度的其它抗摇撑杆或物品。较小的槽部分42是渐缩的，从而1-2英寸(25.4-50.8mm)直径的管子将比配合在现有技术的夹子中更合适地配合在槽中，现有技术的夹子在用于显著地小于0.25英寸(6.4mm)的抗摇撑杆时具有过大的尺寸。这样，夹子12解决了这样的问题：为不同厚度和构造的抗摇撑杆提供更加合适的配合。
另一个优点是调节螺钉34相对于撑杆元件66的定向结合撑杆在槽中的合适配合：改进地楔入撑杆材料。调节螺钉34定向成与插入的撑杆元件(抗摇撑杆)不垂直。这使得螺钉更有效地楔入夹子12中的撑杆材料66。此外，调节螺钉34的大角度是这样的，使得当施加拉伸载荷时，螺钉34的尖端更加牢固地掘入到撑杆材料66中。此外，当调节螺钉在撑杆上施加向下的力时，撑杆材料66和槽部分40、42之间的合适配合限制了抗摇撑杆向上的移动/旋转。这使得通过调节螺钉34传送的力更多用于弯曲/楔入撑杆材料。此外，提供了在夹子12和抗摇撑杆66之间的另一个接触点。在现有技术中，调节螺钉34定向为垂直或大致垂直于撑杆材料66。此外，在其它夹子中，对于具有大致小于0.25英寸(6.4mm)壁厚的撑杆，例如1英寸(25.4mm)直径的管子来说，槽和撑杆之间的配合通常是宽大的。这样该夹子12以另一种方法解决了为小厚度的抗摇撑杆提供更合适地配合的问题。
结构附接装置10另一优点是阻止将装置10附接到结构上的支架14的撬动。安装支架14在附接点后面结合有额外的材料，专门用于当施加负载时帮助减小支架14撬动离开结构的趋势。在其它结构附接装置中，使得支承在结构上的、连接孔的一侧上的材料比另一侧上的要多得多。这导致这些支架具有从结构上升起和离开的趋势。
图9和10示出替代的实施方式，结构附接装置210。该结构附接装置210的许多方面与结构附接装置10(图1)的相应方面是类似的，如果不相同的话。例如，支架214可具有与支架14(图1)基本相同的形状、形式和功能。夹子212的整体构造可与夹子12(图1)类似，具有从主夹子本体226伸出的上腿222和下腿224。这些腿222和224在它们之间限定出槽230，抗摇撑杆插入其中。调节螺钉234旋进上腿222中的螺纹孔236中，并接合在槽230中的抗摇撑杆材料。调节螺钉234可与在下腿224上的台阶256以类似于调节螺钉34(图1)和台阶56(图1)之间的相互作用方式相互作用。
槽230具有一对不同高度的槽部分240和242，能够处理不同厚度的抗摇撑杆材料。外槽部分240在上腿222的下表面252和下腿224的上表面254之间具有大致恒定的高度。该上表面254是弯曲的，以允许管子更好地安放在其上。内槽部分242通过在槽部分242底上的下腿上表面254和在槽部分242顶上的斜面260而界定。该斜面260是上腿222的底面。该斜面260相对于上腿下表面252是倾斜的，例如以大约30度的角度朝着下腿224向下倾斜，可以理解的是，其它角度也是可以的。该斜面260用作插入到槽部分240中的厚物体插入的止部，而允许较薄的物体(例如管子或支柱抗摇撑杆材料)至少部分地通入到槽部分242中。该斜坡或斜面260使得内槽部分242逐缩，高度沿着槽部分242的长度线性减小。在槽部分242的闭合端处的圆化表面264为插入到槽部分242的物体提供绝对的止部，不管该物体多么薄。
尽管本发明已经关于某些优选的实施方式进行了表示和描述，显而易见的是，本领域技术人员将在阅读和理解本说明书和附图的基础上作出等同的替换和改变。特别是，通过上述元件(构件、组件、设备、组分等)执行的不同功能，用于描述这样的元件的术语(包括所称的“方法”)，除非另外指出的，旨在对应于执行所述元件特定功能的任何元件(也即，功能上等同)，即使与这里示出的本发明的示例实施方式中公开的执行该功能的结构在结构上不等同。此外，尽管本发明特定特征已经针对几个示例的实施方式中的只有一个或多个而描述出，但是这样的特征可以与其它实施方式中的一个或多个特征结合，如果其对于任何给定的或特定的应用是想要的或有利的话。

Claims (18)

1.地震撑杆结构附接装置，包括：
地震撑杆夹子，其包括：
主体；和
附接到该主体上的上腿和下腿；和
可枢转地耦接到该夹子上的支架；
其中该上腿和下腿在它们之间限定出槽；并且
其中该槽包括构建成用于接收不同厚度的物体的一对槽部分。
2.根据权利要求1所述的结构附接装置，
其中，所述槽部分中的一个在其整个长度上具有大致恒定的高度；和
其中，所述槽部分中的另一个是渐缩的，其高度在其长度的至少一部分上是改变的。
3.根据权利要求1所述的结构附接装置，其中所述槽部分各自具有不同的高度。
4.根据权利要求1所述的结构附接装置，
其中该夹子包括接合在上腿中的螺纹孔中的调节螺钉；和
其中沿着该调节螺钉的轴线的该调节螺钉的尖端通过旋转该调节螺钉能够运动进入该槽内，以将抗摇撑杆接合和保持在该槽中。
5.根据权利要求4所述的结构附接装置，其中该调节螺钉的轴线朝向该主体成角度，其中该尖端朝向该主体。
6.根据权利要求5所述的结构附接装置，其中该调节螺钉的轴线相对于该槽处于65到75度的角度。
7.根据权利要求4所述的结构附接装置，其中该下腿在上表面上具有台阶。
8.根据权利要求7所述的结构附接装置，其中该台阶沿着该上表面定位在该调节螺钉的轴线的0.2英寸(5.1mm)内。
9.根据权利要求7所述的结构附接装置，其中该台阶比该轴线最靠近该台阶的位置更靠近主体。
10.根据权利要求7所述的结构附接装置，其中该下腿在上表面上还具有圆化部分。
11.根据权利要求10所述的结构附接装置，其中该圆化部分是管子接收表面。
12.根据权利要求1所述的结构附接装置，其中所述槽部分具有各自的止部。
13.根据权利要求12所述的结构附接装置，
其中所述槽部分包括相对薄的槽部分和相对厚的槽部分；和
其中该相对薄的槽部分的高度小于该相对厚的槽部分的高度；
其中该相对厚的槽部分的止部在上腿上是弯曲的表面，迫使薄的物体进入该相对薄的槽部分内。
14.根据权利要求13所述的结构附接装置，其中该相对厚的槽部分的止部是该相对薄的槽部分的倾斜壁。
15.根据权利要求1所述的结构附接装置，
其中该支架包括：
具有安装孔的支架本体；和
与该支架本体成钝角地附接到该支架本体上的臂；并且
其中该臂采用通过在该臂和主体中的孔的紧固件而耦接到该夹子的主体上。
16.根据权利要求15所述的结构附接装置，
其中该支架本体包括翼片；和
其中该翼片和臂在该支架本体的安装孔的相对两侧上。
17.根据权利要求15所述的结构附接装置，其中该夹子的中心与在该支架本体中的安装孔的轴线基本对齐。
18.一种地震支撑的方法，包括：
将地震撑杆附接到地震撑杆夹子上，其中该附接包括：
将该地震撑杆插入到一对槽部分的其中一个中，所述槽部分
构建成用于在该地震撑杆夹子的上腿和下腿之间接收不同厚度的物体；和
将调节螺钉上紧在该地震撑杆上；和
采用可枢转地耦接到该夹子上的支架将该地震撑杆夹子耦接到建筑物结构上。
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