CN110820930B - 全装配式预应力混凝土框架及施工方法 - Google Patents

全装配式预应力混凝土框架及施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种全装配式预应力混凝土框架，包括：框架柱，其包括以多个行和列的形式竖直设置的混凝土柱，所述混凝土柱为碳纤维钢筋浇筑超高性能混凝土；框架梁，其包括自上至下依次设置的多个层结构，每个层结构包括多个水平设置的混凝土梁，所述混凝土梁为H型钢绑扎箍筋浇筑超高性能混凝土；其中，一个混凝土梁的两端与同一行或列的相邻两个混凝土柱通过框架节点连接，所述框架节点为第一连接节点或第二连接节点浇筑超高性能混凝土。本发明还公开了一种全装配式预应力混凝土框架的施工方法。本发明针对混凝土柱、混凝土梁的分布形式以及连接形式进行构造格局设计，提高建筑结构的抗震性能和安全性。

Description

全装配式预应力混凝土框架及施工方法
技术领域
本发明涉及建筑领域。更具体地说，本发明涉及一种全装配式预应力混凝土框架及施工方法。
背景技术
装配式建筑结构近年得到建筑领域的极大关注和广泛的推广应用。装配式建筑结构具有质量易于控制、施工效率高、环境影响小等优势，区别于现浇结构，构件的连接方式、强度、性能影响建筑结构的整体抗震性能，对抗震防裂提出较高要求。预应力用来减小或抵消荷载所引起的混凝土拉应力，能够推迟混凝土裂缝的出现和展开，采用全装配式预应力混凝土框架的想法应运而生。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种全装配式预应力混凝土框架及施工方法，其针对混凝土柱、混凝土梁的分布形式以及连接形式进行构造格局设计，提高建筑结构的抗震性能和安全性。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种全装配式预应力混凝土框架，包括：
框架柱，其包括以多个行和列的形式竖直设置的混凝土柱，所述混凝土柱为碳纤维钢筋浇筑超高性能混凝土；
框架梁，其包括自上至下依次设置的多个层结构，每个层结构包括多个水平设置的混凝土梁，所述混凝土梁为H型钢绑扎箍筋浇筑超高性能混凝土；
其中，一个混凝土梁的两端与同一行或列的相邻两个混凝土柱通过框架节点连接，所述框架节点为第一连接节点或第二连接节点浇筑超高性能混凝土；
所述第一连接节点包括：
第一母节点，其为水平设置的U型钢筋，所述第一母节点的两个端部与混凝土柱/混凝土梁连接；
第一子节点，其包括竖直设置的立板、设置在所述立板同一侧的四个连接钢筋，所述立板的另一侧与混凝土柱/混凝土梁连接，其中两个连接钢筋位于所述立板一对角线的顶角处为定位筋，另外两个连接钢筋位于所述立板另一对角线的非顶角处为导向筋；
所述第一母节点与所述第一子节点相配合时，两个导向筋竖向弯折前的水平投影分别位于所述第一母节点的内侧、竖向投影分别位于所述第一母节点的上下方，两个导向筋朝所述第一母节点的方向竖向弯折后，分别被水平弯折的相邻的定位筋压紧；
所述第二连接节点包括：
第二母节点，其包括L形母连接板、连接箱、阻挡板，所述母连接板的两侧分别与混凝土柱/混凝土梁、所述连接箱连接，所述母连接板的水平板沿其延伸方向设有缺口，所述连接箱内部设有浇筑超高性能混凝土的第一空间，所述连接箱与该侧的混凝土柱/混凝土梁通过导向结构连接，所述导向结构包括位于顶部的一对平行的导向框、位于底部的导向槽，所述阻挡板可插入所述导向结构，使所述阻挡板、所述母连接板、所述连接箱的侧壁形成浇筑超高性能混凝土的第二空间，所述连接箱的朝向该侧的混凝土柱/混凝土梁的侧壁上设有至少两个第一通孔；
第二子节点，其包括L形子连接板，所述子连接板的水平板与混凝土柱/混凝土梁连接，所述子连接板的竖直板的厚度、水平宽度略小于所述缺口，所述子连接板的竖直板上设有至少两个第二通孔；
至少两个连接螺栓螺母副，连接螺栓可依次穿过第二通孔、第一通孔进入所述第一空间并与连接螺母可拆卸连接；
所述第二母节点与所述第二子节点相配合时，所述第一空间、第二空间均在所述子连接板的竖直板插入所述缺口、连接螺栓与连接螺母连接、阻挡板插入导向结构之后浇筑超高性能混凝土。
优选的是，同一层结构的框架节点相同，相邻两个层结构的框架节点不同。
优选的是，所述混凝土梁的两端均设有第一子节点。
优选的是，所述混凝土梁的两端均设有第二母节点。
全装配式预应力混凝土框架的施工方法，包括：
步骤一、支设混凝土柱模板，预留碳纤维钢筋的第一安装空间，在所述第一安装空间安装所述碳纤维钢筋并浇筑超高性能混凝土以包覆碳纤维钢筋，待强度达到50％后，对碳纤维钢筋进行张拉，同时在不同高度安装所述第一连接节点或所述第二连接节点并预留柱后浇带，并在所述第一安装空间以外的混凝土柱模板内部浇筑超高性能混凝土，拆除混凝土柱模板，形成所述混凝土柱；
步骤二、支设混凝土梁模板，预留H型钢的第二安装空间，在所述第二安装空间安装所述H型钢并绑扎箍筋，浇筑超高性能混凝土以包覆H型钢，待强度达到50％后，对H型钢进行张拉，同时安装所述第一连接节点或所述第二连接节点并预留梁后浇带，并在所述第二安装空间以外的混凝土梁模板内部浇筑超高性能混凝土，拆除混凝土梁模板，形成所述混凝土梁；
步骤三、以多个行和列的形式布置多个混凝土柱，形成框架柱，对于框架柱的同一高度，将混凝土梁的两端的第一连接节点或所述第二连接节点分别与横/纵向相邻的两个混凝土柱的第一连接节点或第二连接节点连接，形成单个层结构，自上至下的多个层结构形成框架梁；
其中，所述第一连接节点包括：
第一母节点，其为水平设置的U型钢筋，所述第一母节点的两个端部与混凝土柱/混凝土梁连接；
第一子节点，其包括竖直设置的立板、设置在所述立板同一侧的四个连接钢筋，所述立板的另一侧与混凝土柱/混凝土梁连接，其中两个连接钢筋位于所述立板一对角线的顶角处为定位筋，另外两个连接钢筋位于所述立板另一对角线的非顶角处为导向筋；
所述第一母节点与所述第一子节点相配合时，两个导向筋竖向弯折前的水平投影分别位于所述第一母节点的内侧、竖向投影分别位于所述第一母节点的上下方，两个导向筋朝所述第一母节点的方向竖向弯折后，分别被水平弯折的相邻的定位筋压紧；
所述第二连接节点包括：
第二母节点，其包括L形母连接板、连接箱、阻挡板，所述母连接板的两侧分别与混凝土柱/混凝土梁、所述连接箱连接，所述母连接板的水平板沿其延伸方向设有缺口，所述连接箱内部设有浇筑超高性能混凝土的第一空间，所述连接箱与该侧的混凝土柱/混凝土梁通过导向结构连接，所述导向结构包括位于顶部的一对平行的导向框、位于底部的导向槽，所述阻挡板可插入所述导向结构，使所述阻挡板、所述母连接板、所述连接箱的侧壁形成浇筑超高性能混凝土的第二空间，所述连接箱的朝向该侧的混凝土柱/混凝土梁的侧壁上设有至少两个第一通孔；
第二子节点，其包括L形子连接板，所述子连接板的水平板与混凝土柱/混凝土梁连接，所述子连接板的竖直板的厚度、水平宽度略小于所述缺口，所述子连接板的竖直板上设有至少两个第二通孔；
至少两个连接螺栓螺母副，连接螺栓可依次穿过第二通孔、第一通孔进入所述第一空间并与连接螺母可拆卸连接；
所述第二母节点与所述第二子节点相配合时，所述第一空间、第二空间均在所述子连接板的竖直板插入所述缺口、连接螺栓与连接螺母连接、阻挡板插入导向结构之后浇筑超高性能混凝土。
优选的是，步骤三布置多个混凝土柱时，将多个混凝土柱布置在现浇混凝土框架上方。
优选的是，同一层结构的框架节点相同，相邻两个层结构的框架节点不同。
优选的是，所述混凝土梁的两端均设有第一子节点。
优选的是，所述混凝土梁的两端均设有第二母节点。
本发明至少包括以下有益效果：本发明增强框架柱与框架梁的连接处的框架节点的受力形、整体性、抗震性能，能够有效减少因钢筋混凝土碳化产生的收缩现象，避免钢筋混凝土结构出现大面积裂缝，提高预应力混凝土框架结构的耐久性和延性，具有施工周期短、工程造价低的优点，在深水、沙漠、高烈度区等严酷施工环境具有较大的推广价值。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明的一种技术方案的结构示意图；
图2为本发明所述的第一连接节点的结构示意图；
图3为本发明所述的立板的四个连接钢筋的分布状态示意图；
图4为本发明所述的第二连接节点的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1-4所示，本发明提供一种全装配式预应力混凝土框架，包括：
框架柱1，其包括以多个行和列的形式竖直设置的混凝土柱，所述混凝土柱为碳纤维钢筋浇筑超高性能混凝土，混凝土柱是重要的承力部件，安装过程要合理控制器垂直度；
框架梁2，其包括自上至下依次设置的多个层结构，每个层结构包括多个水平设置的混凝土梁，所述混凝土梁为H型钢绑扎箍筋浇筑超高性能混凝土；
其中，一个混凝土梁的两端与同一行或列的相邻两个混凝土柱通过框架节点3连接，所述框架节点3为第一连接节点或第二连接节点浇筑超高性能混凝土；
所述第一连接节点包括：
第一母节点，其为水平设置的U型钢筋311，便于加工，所述第一母节点的两个端部与混凝土柱/混凝土梁连接，第一母节点的横梁采用偏扁平化设计，便于提高更大的接触面积；
第一子节点，其包括竖直设置的立板321、设置在所述立板321同一侧的四个连接钢筋322，连接钢筋322的长度优选为不大于立板321边长的3/4，不小于立板321边长的1/2，所述立板321的另一侧与混凝土柱/混凝土梁连接，立板321可采用钢板，其中两个连接钢筋322位于所述立板321一对角线的顶角处为定位筋，定位筋的后加工弯折方向为横向，另外两个连接钢筋322位于所述立板321另一对角线的非顶角处为导向筋，导向筋的后加工弯折方向为竖向，导向筋竖向一上一下包裹压覆第一母节点的横梁，定位筋横向压覆导向筋，形成多维网络结构，减少焊接作业点，从根源上避免焊接裂缝；
所述第一母节点与所述第一子节点相配合时，两个导向筋竖向弯折前的水平投影分别位于所述第一母节点的内侧、竖向投影分别位于所述第一母节点的上下方，两个导向筋朝所述第一母节点的方向竖向弯折后，分别被水平弯折的相邻的定位筋压紧；
所述第二连接节点包括：
第二母节点，其包括L形母连接板331、连接箱332、阻挡板333，所述母连接板331的两侧分别与混凝土柱/混凝土梁、所述连接箱332连接，所述母连接板331的水平板沿其延伸方向设有缺口，缺口自一侧向另一侧纵延伸，形成可插入的空间，所述连接箱332内部设有浇筑超高性能混凝土的第一空间，连接箱332的横向宽度可进行高强度螺母的栓接作业，所述连接箱332与该侧的混凝土柱/混凝土梁通过导向结构连接，所述导向结构包括位于顶部的一对平行的导向框、位于底部的导向槽，一对导向框形成插入口，导向槽形成锁止口，所述阻挡板333可插入所述导向结构，拦截灌注的高性能混凝土避免溢出，使所述阻挡板333、所述母连接板331、所述连接箱332的侧壁形成浇筑超高性能混凝土的第二空间，所述连接箱332的朝向该侧的混凝土柱/混凝土梁的侧壁上设有至少两个第一通孔；
第二子节点，其包括L形子连接板341，子连接板341为钢板，所述子连接板341的水平板与混凝土柱/混凝土梁连接，所述子连接板341的竖直板的厚度、水平宽度略小于所述缺口，所述子连接板341的竖直板上设有至少两个第二通孔，第一通孔、第二通孔一一对应，且规格一致；
至少两个连接螺栓螺母副350，连接螺栓可依次穿过第二通孔、第一通孔进入所述第一空间并与连接螺母可拆卸连接；
所述第二母节点与所述第二子节点相配合时，所述第一空间、第二空间均在所述子连接板341的竖直板插入所述缺口、连接螺栓与连接螺母连接、阻挡板333插入导向结构之后浇筑超高性能混凝土。
在上述技术方案中，增强框架柱1与框架梁2的连接处的框架节点3的受力形、整体性、抗震性能，能够有效减少因钢筋混凝土碳化产生的收缩现象，避免钢筋混凝土结构出现大面积裂缝，提高预应力混凝土框架结构的耐久性和延性。
在另一种技术方案中，同一层结构的框架节点3相同，相邻两个层结构的框架节点3不同。便于形成高强度的层结构和锁链式的竖向拉伸单元，避免裂缝。
在另一种技术方案中，所述混凝土梁的两端均设有第一子节点。便于混凝土柱预制，以及便于混凝土梁单侧切入。
在另一种技术方案中，所述混凝土梁的两端均设有第二母节点。便于混凝土柱预制，以及便于混凝土梁单侧切入。
全装配式预应力混凝土框架的施工方法，包括：
步骤一、支设混凝土柱模板，预留碳纤维钢筋的第一安装空间，在所述第一安装空间安装所述碳纤维钢筋并浇筑超高性能混凝土以包覆碳纤维钢筋，待强度达到50％后，对碳纤维钢筋进行张拉，同时在不同高度安装所述第一连接节点或所述第二连接节点并预留柱后浇带，并在所述第一安装空间以外的混凝土柱模板内部浇筑超高性能混凝土，拆除混凝土柱模板，形成所述混凝土柱；
步骤二、支设混凝土梁模板，预留H型钢的第二安装空间，在所述第二安装空间安装所述H型钢并绑扎箍筋，浇筑超高性能混凝土以包覆H型钢，待强度达到50％后，对H型钢进行张拉，同时安装所述第一连接节点或所述第二连接节点并预留梁后浇带，并在所述第二安装空间以外的混凝土梁模板内部浇筑超高性能混凝土，拆除混凝土梁模板，形成所述混凝土梁；
支设混凝土柱模板和混凝土梁模板，采取剪刀撑连接形式，利用多组的三角形构造，确保支设混凝土柱模板和混凝土梁模板的受力，以及支撑结构的可靠性与安全性。填补空缺或缝隙时采用适配规格的垫板增大摩擦，混凝土养护工作结束后，有序拆除混凝土柱模板和混凝土梁模板，保证钢筋混凝土框架结构安全性，同时尽可能减少碰撞，不断提升模板的使用率；
在浇筑高性能混凝土前，针对混凝土柱模板和混凝土梁模板内第一安装空间、第二安装空间、柱后浇带、梁后浇带的具体位置与截面尺寸进行科学的检查，保证模板尺寸符合相关规定要求，提升模板支撑体系的可靠性；
在浇筑高性能混凝土时，要进行有序的浇筑与振捣，每次浇筑均需伸入浇筑空间内部，直到振捣到底部出浆，避免过振与欠振，保持布料的均匀性，振捣达标后抹平，使用塑料薄膜覆盖，防止发生干缩裂缝现象；
步骤三、以多个行和列的形式布置多个混凝土柱，形成框架柱1，对于框架柱1的同一高度，将混凝土梁的两端的第一连接节点或所述第二连接节点分别与横/纵向相邻的两个混凝土柱的第一连接节点或第二连接节点连接，形成单个层结构，自上至下的多个层结构形成框架梁2；
混凝土柱与混凝土梁进行连接时，严格控制钢筋材料质量，钢筋钢板的弯折、弯钩，均满足建筑工程施工标准，参照建筑工程项目施工要求，保证第一连接节点、第二连接节点处于错开状态，针对不同的混凝土梁进行编号，检查无误之后进行拼接进行施工，从单侧滑动切入，减少失误操作次数，第一连接节点连接钢筋322弯折前、以前第二连接节点浇筑高性能混凝土之前，检查钢筋的接头与尺寸，按照建筑工程施工图纸弯折连接钢筋322，提高钢筋绑扎质量，检查滑动连接是否到位，保证与设计图纸一致，然后灌注超高性能混凝土，最后浇筑柱后浇带和梁后浇带，形成完整的框架节点3；
其中，所述第一连接节点包括：
第一母节点，其为水平设置的U型钢筋311，所述第一母节点的两个端部与混凝土柱/混凝土梁连接；
第一子节点，其包括竖直设置的立板321、设置在所述立板321同一侧的四个连接钢筋322，所述立板321的另一侧与混凝土柱/混凝土梁连接，其中两个连接钢筋322位于所述立板321一对角线的顶角处为定位筋，另外两个连接钢筋322位于所述立板321另一对角线的非顶角处为导向筋；
所述第一母节点与所述第一子节点相配合时，两个导向筋竖向弯折前的水平投影分别位于所述第一母节点的内侧、竖向投影分别位于所述第一母节点的上下方，两个导向筋朝所述第一母节点的方向竖向弯折后，分别被水平弯折的相邻的定位筋压紧；
所述第二连接节点包括：
第二母节点，其包括L形母连接板331、连接箱332、阻挡板333，所述母连接板331的两侧分别与混凝土柱/混凝土梁、所述连接箱332连接，所述母连接板331的水平板沿其延伸方向设有缺口，所述连接箱332内部设有浇筑超高性能混凝土的第一空间，所述连接箱332与该侧的混凝土柱/混凝土梁通过导向结构连接，所述导向结构包括位于顶部的一对平行的导向框、位于底部的导向槽，所述阻挡板333可插入所述导向结构，使所述阻挡板333、所述母连接板331、所述连接箱332的侧壁形成浇筑超高性能混凝土的第二空间，所述连接箱332的朝向该侧的混凝土柱/混凝土梁的侧壁上设有至少两个第一通孔；
第二子节点，其包括L形子连接板341，所述子连接板341的水平板与混凝土柱/混凝土梁连接，所述子连接板341的竖直板的厚度、水平宽度略小于所述缺口，所述子连接板341的竖直板上设有至少两个第二通孔；
至少两个连接螺栓螺母副350，连接螺栓可依次穿过第二通孔、第一通孔进入所述第一空间并与连接螺母可拆卸连接；
所述第二母节点与所述第二子节点相配合时，所述第一空间、第二空间均在所述子连接板341的竖直板插入所述缺口、连接螺栓与连接螺母连接、阻挡板333插入导向结构之后浇筑超高性能混凝土。
在上述技术方案中，提前预制、现场拼接、一体浇筑，具有施工周期短、工程造价低的优点，在深水、沙漠、高烈度区等严酷施工环境具有较大的推广价值。
在另一种技术方案中，步骤三布置多个混凝土柱时，将多个混凝土柱布置在现浇混凝土框架上方。现浇混凝土框架形成根基，全装配式预应力混凝土框架与其匹配，便于现场施工。
在另一种技术方案中，同一层结构的框架节点3相同，相邻两个层结构的框架节点3不同。便于形成高强度的层结构和锁链式的竖向拉伸单元，避免裂缝。
在另一种技术方案中，所述混凝土梁的两端均设有第一子节点。便于混凝土柱预制，以及便于混凝土梁单侧切入。
在另一种技术方案中，所述混凝土梁的两端均设有第二母节点。便于混凝土柱预制，以及便于混凝土梁单侧切入。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (4)

1.全装配式预应力混凝土框架，其特征在于，包括：
框架柱，其包括以多个行和列的形式竖直设置的混凝土柱，所述混凝土柱为碳纤维钢筋浇筑超高性能混凝土；
框架梁，其包括自上至下依次设置的多个层结构，每个层结构包括多个水平设置的混凝土梁，所述混凝土梁为H型钢绑扎箍筋浇筑超高性能混凝土；
其中，一个混凝土梁的两端与同一行或列的相邻两个混凝土柱通过框架节点连接，所述框架节点为第一连接节点或第二连接节点浇筑超高性能混凝土；
所述第一连接节点包括：
第一母节点，其为水平设置的U型钢筋，所述第一母节点的两个端部与混凝土柱/混凝土梁连接；
第一子节点，其包括竖直设置的立板、设置在所述立板同一侧的四个连接钢筋，所述立板的另一侧与混凝土柱/混凝土梁连接，其中两个连接钢筋位于所述立板一对角线的顶角处为定位筋，另外两个连接钢筋位于所述立板另一对角线的非顶角处为导向筋；
所述第一母节点与所述第一子节点相配合时，两个导向筋竖向弯折前的水平投影分别位于所述第一母节点的内侧、竖向投影分别位于所述第一母节点的上下方，两个导向筋朝所述第一母节点的方向竖向弯折后，分别被水平弯折的相邻的定位筋压紧；
所述第二连接节点包括：
第二母节点，其包括L形母连接板、连接箱、阻挡板，所述母连接板的两侧分别与混凝土柱/混凝土梁、所述连接箱连接，所述母连接板的水平板沿其延伸方向设有缺口，所述连接箱内部设有浇筑超高性能混凝土的第一空间，所述连接箱与该侧的混凝土柱/混凝土梁通过导向结构连接，所述导向结构包括位于顶部的一对平行的导向框、位于底部的导向槽，所述阻挡板插入所述导向结构，使所述阻挡板、所述母连接板、所述连接箱的侧壁形成浇筑超高性能混凝土的第二空间，所述连接箱的朝向该侧的混凝土柱/混凝土梁的侧壁上设有至少两个第一通孔；
第二子节点，其包括L形子连接板，所述子连接板的水平板与混凝土柱/混凝土梁连接，所述子连接板的竖直板的厚度、水平宽度略小于所述缺口，所述子连接板的竖直板上设有至少两个第二通孔；
至少两个连接螺栓螺母副，连接螺栓依次穿过第二通孔、第一通孔进入所述第一空间并与连接螺母拆卸连接；
所述第二母节点与所述第二子节点相配合时，所述第一空间、第二空间均在所述子连接板的竖直板插入所述缺口、连接螺栓与连接螺母连接、阻挡板插入导向结构之后浇筑超高性能混凝土。
2.如权利要求1所述的全装配式预应力混凝土框架，其特征在于，同一层结构的框架节点相同，相邻两个层结构的框架节点不同。
3.如权利要求1所述的全装配式预应力混凝土框架，其特征在于，所述混凝土梁的两端均设有第一子节点。
4.如权利要求1所述的全装配式预应力混凝土框架，其特征在于，所述混凝土梁的两端均设有第二母节点。
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