CN111041968A - 大跨度双拱轴组合拱桥及其设计建造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大跨度双拱轴组合拱桥及其设计建造方法,所述大跨度组合拱桥包括空腹结构等截面或变截面的单拱轴标准段和具有通行空间的、双向曲线斜率的变化段,变化段与标准段经变化点刚性连接;通过通行空间增加了拱脚的通透性,减少阻风面,提高了拱桥的抗风性能,当拱桥垂直向的公路宽度有限时,可兼容非机动车道,最大限度的确保交通顺畅,提高垂直向车辆吞吐量;内向曲率收敛式的内拱脚,减小拱脚水平推力,提高横向稳定性,增大拱桥结构经济跨越能力,外拱脚提高了所述大跨度双拱轴组合拱桥的稳固性。
Description
技术领域
本发明涉及大跨度桥梁及建筑结构领域,特别涉及一种大跨度双拱轴组合拱桥及其设计建造方法。
背景技术
中国的拱桥形式之多,造型之美,世界少有。有驼峰突起的陡拱,有宛如皎月的坦拱,有玉带浮水的平坦的纤道多孔拱桥,也有长虹卧波、形成自然纵坡的长拱桥。拱肩上有敞开的(如大拱上加小拱,现称空腹拱)和不敞开的(现称实腹拱)。
我国建造的钢筋混凝土拱桥的形式更是繁花似锦,式样之多当属世界之最,其中建造得比较多的是箱形拱、双曲拱、肋拱、桁架拱、刚架拱等。
无论是上承式、中承式还是下承式拱桥,其拱脚一般都架设在河道中或河堤上,其中架设在河道中时,造价高,架设在河堤上时,占用垂直方向的公路面积,减少公路交通车道数量,降低车辆吞吐量;
对于河堤狭窄、寸土寸金的地域,严重影响交通,造成交通瓶颈和事故高发区。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大跨度双拱轴组合拱桥,旨在解决现有技术中拱脚架设在河道中时,造价高,架设在河堤上时,占用垂直向公路面积,减少垂直向交通车道数量,降低车辆吞吐量,对于河堤狭窄、寸土寸金的地域,严重影响交通的技术问题。
本发明实施例是这样实现的,一种大跨度双拱轴组合拱桥,包括空腹结构等截面或变截面的单拱轴标准段1和具有通行空间5的、双向曲线斜率的变化段2;
变化段2与标准段1经变化点3刚性连接;
通行空间5为能容纳非机动车、机动车或行人穿行的空间;
优选的,变化段2为实腹结构的双拱脚;
所述双拱脚包括内向曲率收敛式的内拱脚21和反向曲率的外拱脚22;
内拱脚21、外拱脚22与标准段1在变化点3处圆顺过度对接,形成平滑曲线,变化点3为拼接点;
优选的,内拱脚21与第一拱脚支撑基础41固定连接形成第一连接点;
外拱脚22与第二拱脚支撑基础42固定连接形成第二连接点;
所述第一连接点与第二连接点的间距为M米;
内拱脚21、外拱脚22、第一拱脚支撑基础41和第二拱脚支撑基础42围成通行空间5;
优选的,垂直所述大跨度双拱轴组合拱桥的河堤上铺设有非机动车道,非机动车道延伸并穿过通行空间5;
优选的,通行空间5的上表面延伸至内拱脚21、外拱脚22的内表面的区域为实腹结构连接,形成矩形、圆弧拱形、梯形、半圆拱形、直墙拱形或弧墙拱形6的断面;
优选的,河堤上还铺设有机动车道,非机动车道与机动车道之间设有绿化道,非机动车道与绿化道、第一拱脚支撑基础41和第二拱脚支撑基础42处于同一水平面,并高于机动车道;
优选的,变化点3的截面惯性矩大于标准段1的截面惯性矩;
本发明另一个目的在于提供一种大跨度双拱轴组合拱桥的设计建造方法,所述方法包括步骤:
在河堤上的非机动车道两侧打桩,并固定第一拱脚支撑基础和第二拱脚支撑基础;
搭建具有通行空间的、双向曲线斜率的变化段,并分别与所述第一拱脚支撑基础和第二拱脚支撑基础对接;
搭建空腹结构等截面或变截面的单拱轴标准段,并经变化点与所述变化段圆顺过度对接,形成平滑曲线;
优选的,所述步骤“在河堤上的非机动车道两侧打桩,并固定第一拱脚支撑基础和第二拱脚支撑基础”之前还包括步骤:
预制空腹结构等截面或变截面的单拱轴标准段和实腹结构的、双向曲线斜率的双拱脚,其中所述双拱脚的截面惯性矩大于所述标准段的截面惯性矩,所述双拱脚包括内向曲率收敛式的内拱脚和反向曲率的外拱脚;
在河堤上垂直大跨度双拱轴组合拱桥的方向依次铺设非机动车道、绿化道、机动车道,所述绿化道与所述非机动车道处于同一水平面,所述绿化道高于所述机动车道H5米;
优选的,所述步骤“搭建具有通行空间的、双向曲线斜率的变化段,并分别与所述第一拱脚支撑基础和第二拱脚支撑基础对接”具体为:
搭建所述双拱脚,所述内拱脚与所述第一拱脚支撑基础对接,所述外拱脚与第二拱脚支撑基础对接,所述内拱脚和外拱脚内侧与所述第一拱脚支撑基础、第二拱脚支撑基础的上表面围成通行空间;所述非机动车道延伸并穿过所述通行空间;
所述步骤“搭建空腹结构等截面或变截面的单拱轴标准段,并经变化点与所述变化段圆顺过度对接,形成平滑曲线”具体为:
搭建空腹结构等截面或变截面的单拱轴标准段,并与所述双拱脚经变化点圆顺过度,形成平滑曲线;
将所述通行空间的上表面延伸至所述内拱脚、外拱脚的内表面的区域建造为实腹结构,形成弧墙拱形的断面。
本发明的有益效果:
本发明通过通行空间增加了拱脚的通透性,减少阻风面,提高了拱桥的抗风性能,当拱桥垂直向宽度有限时,兼容已规划的非机动车道,最大限度的确保交通顺畅,提高拱桥垂直向车辆吞吐量,还避免了更改规划;内向曲率收敛式的内拱脚,减小拱脚水平推力,提高横向稳定性,增大拱桥结构经济跨越能力,外拱脚提高了所述大跨度双拱轴组合拱桥的稳固性;内拱脚与外拱脚相结合共同增加了截面惯性矩,进一步提高了抵抗弯矩的能力,达到了抵抗水平推力的目的,进一步增加了稳定性;弧墙拱形的断面,净高大,进一步避免了应力集中,降低水平压力,可抵抗较大的顶压;通行空间与内拱脚、外拱脚之间的实腹结构,进一步提高拱桥的稳固性;第一拱脚支撑基础、第二拱脚支撑基础的上表面高于机动车道,以及增设的绿化道,提高了非机动车道和行人的安全,降低事故发生率;同时,本实施例所述标准段为大节段整体结构,最大限度的减少模板支架,降低施工时对道路通行的影响,也降低了施工成本,提高了施工效率;双拱脚所占河堤的边缘区域,既兼容非机动车通行,又支撑和稳固拱桥,河堤边缘区域利用率提高。
附图说明
图1为本发明一种大跨度双拱轴组合拱桥的第一优选实施例结构示意图;
图2为本发明一种大跨度双拱轴组合拱桥的第二优选实施例结构示意图;
图3为本发明一种大跨度双拱轴组合拱桥的第一种设计建造方法流程图;
图4为本发明一种大跨度双拱轴组合拱桥的第二种设计建造方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图和实施例,对本发明进行进一步详细说明,为了便于说明,仅示出了与本发明实施例相关的部分。应当理解,此处所描写的具体实施例,仅仅用于解释本发明,并不用以限制本发明。
实施例一
图1所示为本发明一种大跨度双拱轴组合拱桥的第一优选实施例结构示意图,所述大跨度双拱轴组合拱桥包括空腹结构等截面或变截面的单拱轴标准段1和具有通行空间5的、双向曲线斜率的变化段2;
通行空间5为能容纳非机动车、机动车或行人穿行的空间;
通行空间5的宽为W米,高为H1米;
W为1.0米-10.5米;
H1为2米-5米;
变化段2为实腹结构的双拱脚;
所述双拱脚包括内向曲率收敛式的内拱脚21和反向曲率的外拱脚22;
变化段2与标准段1经变化点3刚性连接;
内拱脚21、外拱脚22与标准段1在变化点3处圆顺过度对接,形成平滑曲线,变化点3为拼接点;
内拱脚21与第一拱脚支撑基础41固定连接形成第一连接点;
外拱脚22与第二拱脚支撑基础42固定连接形成第二连接点;
第一拱脚支撑基础41、第二拱脚支撑基础42用于固定和支撑拱脚;
第一拱脚支撑基础41与第二拱脚支撑基础42经系梁连接;
所述系梁中可以包含有预应力钢索;
所述第一连接点与第二连接点的间距为M米;
内拱脚21、外拱脚22、第一拱脚支撑基础41和第二拱脚支撑基础42共同围成通行空间5,通行空间5符合市政道路设计的要求;
M为1.0-10.5米;
单拱轴标准段结构自重轻,进一步减小主拱水平推力,避免了拱顶下降和拱肋开裂的问题;
进一步,第一拱脚支撑基础41、第二拱脚支撑基础42可以共用一个拱脚支撑基础4,所述拱脚支撑基础包含预应力钢索,如图2所示;
进一步,河堤上铺设有非机动车道,非机动车道延伸并穿过通行空间5,即,非机动车道延伸穿过所述拱桥的双拱脚;
进一步,通行空间5的上表面延伸至内拱脚21、外拱脚22的内表面的区域为实腹结构连接,形成矩形、圆弧拱形、梯形、半圆拱形、直墙拱形、弧墙拱形6的断面;
圆弧拱形、半圆拱形、直墙拱形、弧墙拱形6的断面,可避免应力集中,且提高了断面利用率,施工简单、高效,美观实用;
通行空间5的断面优选弧墙拱形6,如图2所示,弧墙拱形6的净高为H2米,拱高为H3米,墙高为H4米;
H2为3-6米,H3为1-3米,H4为2-3米;
弧墙拱形的断面,净高大,进一步避免了应力集中,降低水平压力,可抵抗较大的顶压;
在兼容已有非机动车道的同时,进一步提高拱桥的稳固性;
进一步,第一拱脚支撑基础41、第二拱脚支撑基础42的上表面与非机动车道处于同一水平面;可方便非机动车或行人平顺通行;非机动车道侧面并行设有机动车道;
第一拱脚支撑基础41、第二拱脚支撑基础42的上表面高于机动车道H5米;形成自然保护屏障,确保非机动车道和行人的安全;
H5优选0.5-1.5米;
进一步,非机动车道与机动车道之间设有绿化道,进一步提高了非机动车道和行人的安全;
变化点3的截面惯性矩大于标准段1的截面惯性矩,即内拱脚与外拱脚相结合共同增加了截面惯性矩,进一步提高了抵抗弯矩的能力,达到了抵抗水平推力的目的,同时增加了稳定性的目的;
本实施例所述河堤可以为河岸,也可以是城市道路中非河流区域,原理相同,不再赘述;
本实施例所述大跨度双拱轴组合拱桥可以为上承式、中承式或下承式,原理相同,不再赘述;
本实施例通过通行空间增加了拱脚的通透性,减少阻风面,提高了拱桥的抗风性能,当拱桥垂直向宽度有限时,兼容已规划的非机动车道,最大限度的确保交通顺畅,提高拱桥垂直向车辆吞吐量,还避免了更改规划;内向曲率收敛式的内拱脚,减小拱脚水平推力,提高横向稳定性,增大拱桥结构经济跨越能力,外拱脚提高了所述大跨度双拱轴组合拱桥的稳固性;内拱脚与外拱脚相结合共同增加了截面惯性矩,进一步提高了抵抗弯矩的能力,达到了抵抗水平推力的目的,进一步增加了稳定性;弧墙拱形的断面,净高大,进一步避免了应力集中,降低水平压力,可抵抗较大的顶压;通行空间与内拱脚、外拱脚之间的实腹结构,进一步提高拱桥的稳固性;第一拱脚支撑基础、第二拱脚支撑基础的上表面高于机动车道,以及增设的绿化道,提高了非机动车道和行人的安全,降低事故发生率;同时,本实施例所述标准段为大节段整体结构,最大限度的减少模板支架,降低施工时对道路通行的影响,也降低了施工成本,提高了施工效率;双拱脚所占河堤的边缘区域,既兼容非机动车通行,又支撑和稳固拱桥,河堤边缘区域利用率提高。
实施例二
图3所示为本发明一种大跨度双拱轴组合拱桥的第一种建造方法流程图,所述方法包括步骤:
S101,在河堤上的非机动车道两侧打桩,并固定第一拱脚支撑基础和第二拱脚支撑基础;
在将要搭建的拱桥垂直方向的河堤上,在非机动车道两侧打桩,并固定第一拱脚支撑基础和第二拱脚支撑基础;
S102,搭建具有通行空间的、双向曲线斜率的变化段,并分别与所述第一拱脚支撑基础和第二拱脚支撑基础对接;
所述通行空间为能容纳非机动车、机动车或行人穿行的空间;
所述通行空间的宽为W米,高为H1米;
W为1.0米-10.5米;
H1为2米-5米;
所述变化段为实腹结构的双拱脚;
所述双拱脚包括内向曲率的内拱脚和反向曲率的外拱脚;
搭建内拱脚和外拱脚并分别与所述第一拱脚支撑基础、第二拱脚支撑基础对接,所述内拱脚、外拱脚、第一拱脚支撑基础和第二拱脚支撑基础共同围成通行空间,通行空间符合道路设计的要求;
所述非机动车道延伸并穿过所述通行空间,即,所述非机动车道延伸穿过所述拱桥的双拱脚;
所述通行空间的上表面延伸至所述内拱脚、外拱脚的内表面的区域为实腹结构连接形成不同形状的断面,在兼容已有非机动车道的同时,进一步提高拱桥的稳固性;
S103,搭建空腹结构等截面或变截面的单拱轴标准段,并经变化点与所述变化段圆顺过度对接,形成平滑曲线;
所述变化段与标准段经变化点刚性连接,即,标准段与双拱脚经变化点刚性对接;
所述内拱脚、外拱脚与标准段在变化点处圆顺过度对接,形成平滑曲线,变化点为拼接点;
所述内拱脚与第一拱脚支撑基础固定连接形成第一连接点;
所述外拱脚与第二拱脚支撑基础固定连接形成第二连接点;
所述第一拱脚支撑基础、第二拱脚支撑基础用于固定和支撑拱脚;
所述第一拱脚支撑基础与第二拱脚支撑基础经系梁连接;
所述系梁中可以包含有预应力钢索;
系梁和预应力钢索增加了第一拱脚支撑基础、第二拱脚支撑基础的稳定性;所述第一连接点与第二连接点的间距为M米;
M为1.0-10.5米;
本实施例通过在拱桥垂直向的非机动车道两侧搭建空腹结构等截面或变截面的单拱轴标准段和具有通行空间的、双向曲线斜率的变化段,两者经变化点圆顺过度对接,形成大跨度双拱轴组合拱桥;所述通行空间增加了拱脚的通透性,减少阻风面,提高了大跨度双拱轴组合拱桥的抗风性能,当所述大跨度组合拱桥垂直向的宽度有限时,兼容河岸上已规划或已有的非机动车道,最大限度的确保交通顺畅,提高垂直向车辆吞吐量,还避免了更改规划;通过内向曲率收敛式的内拱脚,减小拱脚水平推力,提高横向稳定性,增大拱桥结构经济跨越能力,外拱脚提高了所述大跨度双拱轴组合拱桥的稳固性;内拱脚与外拱脚相结合共同增加了截面惯性矩,进一步提高了抵抗弯矩的能力,达到了抵抗水平推力的目的,同时进一步增加了稳定性;双拱脚所占河堤的边缘区域,既兼容非机动车通行,又支撑和稳固拱桥,河堤边缘区域利用率提高。
实施例三
图4所示为本发明一种大跨度双拱轴组合拱桥的第二种设计建造方法流程图,所述方法包括步骤:
S201,预制空腹结构等截面或变截面的单拱轴标准段和实腹结构的、双向曲线斜率的双拱脚,其中所述双拱脚的截面惯性矩大于所述标准段的截面惯性矩;
所述双拱脚包括内向曲率收敛式的内拱脚和反向曲率的外拱脚;
S202,在河堤上垂直大跨度双拱轴组合拱桥的方向依次铺设非机动车道、绿化道、机动车道,所述绿化道与所述非机动车道处于同一水平面,所述绿化道高于所述机动车道H5米;
S203,在所述非机动车道的两侧打桩,并固定第一拱脚支撑基础和第二拱脚支撑基础;
所述第一拱脚支撑基础、第二拱脚支撑基础的上表面与非机动车道处于同一水平面,可方便非机动车或行人无障碍平顺通行;
所述第一拱脚支撑基础、第二拱脚支撑基础的上表面高于机动车道H5米,即所述绿化道高于所述机动车道H5米,形成自然保护屏障,确保非机动车道和行人的安全;
H5优选0.5-1.5米;
绿化道位于非机动车道与机动车道之间,进一步提高了非机动车道和行人的安全;
S204,搭建所述双拱脚,所述内拱脚与所述第一拱脚支撑基础对接,所述外拱脚与第二拱脚支撑基础对接,所述内拱脚、外拱脚内侧与所述第一拱脚支撑基础、第二拱脚支撑基础的上表面围成通行空间;所述非机动车道延伸并穿过所述通行空间;
S205,搭建空腹结构等截面或变截面的单拱轴标准段,并与所述双拱脚经变化点圆顺过度,形成平滑曲线;
所述变化点的截面惯性矩大于标准段的截面惯性矩,即内拱脚与外拱脚相结合共同增加了截面惯性矩,进一步提高了抵抗弯矩的能力,达到了抵抗水平推力的目的,进一步提高了稳定性;
S206,将所述通行空间的上表面延伸至所述内拱脚、外拱脚的内表面的区域建造为实腹结构;
还可以同时搭建完成纵梁、横梁、吊杆等;
实腹结构使所述通行空间的断面为矩形、圆弧拱形、梯形、半圆拱形、直墙拱形或弧墙拱形;
圆弧拱形、半圆拱形、直墙拱形或弧墙拱形的断面,可避免应力集中,且提高了断面利用率,施工简单、高效,美观实用;
所述通行空间的断面优选弧墙拱形,弧墙拱形的净高为H2米,拱高为H3米,墙高为H4米;
H2为3-6米,H3为1-3米,H4为2-3米;
弧墙拱形的断面,净高大,进一步避免了应力集中,降低水平压力,可抵抗较大的顶压。
本实施例所述河堤可以为河岸,也可以是城市道路中非河流区域,原理相同,不再赘述;
本实施例所述大跨度双拱轴组合拱桥可以为上承式、中承式或下承式,原理相同,不再赘述。
本发明实施例通过非机动车道、绿化道、机动车道以及拱脚固定墩的相对位置和相对高度,既能兼容现有公路已有规划,又能提高非机动车道和行人的安全;内拱脚与外拱脚相结合共同增加了截面,提高了抵抗弯矩的能力,达到了抵抗水平推力的目的,同时增加了稳定性的目的;直墙拱形的断面,净高大,还避免了应力集中,降低水平压力,可抵抗较大的顶压;通行空间与内拱脚、外拱脚之间的实腹结构,进一步提高中承式拱桥的稳固性;同时,本实施例所述标准段为大节段整体结构,最大限度的减少模板支架,降低施工时对道路通行的影响,也降低了施工成本,提高了施工效率。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种大跨度双拱轴组合拱桥,其特征在于,所述大跨度双拱轴组合拱桥包括空腹结构等截面或变截面的单拱轴标准段(1)和具有通行空间(5)的、双向曲线斜率的变化段(2);
变化段(2)与标准段(1)经变化点(3)刚性连接;
通行空间(5)为能容纳非机动车、机动车或行人穿行的空间。
2.根据权利要求1所述大跨度双拱轴组合拱桥,其特征在于,变化段(2)为实腹结构的双拱脚;
所述双拱脚包括内向曲率收敛式的内拱脚(21)和反向曲率的外拱脚(22);
内拱脚(21)、外拱脚(22)与标准段(1)在变化点(3)处圆顺过度对接,形成平滑曲线,变化点3为拼接点。
3.根据权利要求2所述大跨度双拱轴组合拱桥,其特征在于,内拱脚(21)与第一拱脚支撑基础(41)固定连接形成第一连接点;
外拱脚(22)与第二拱脚支撑基础(42)固定连接形成第二连接点;
所述第一连接点与第二连接点的间距为M米;
内拱脚(21)、外拱脚(22)、第一拱脚支撑基础(41)和第二拱脚支撑基础(42)围成通行空间(5)。
4.根据权利要求1-3中任一种所述大跨度双拱轴组合拱桥,其特征在于,垂直所述大跨度双拱轴组合拱桥的河堤上铺设有非机动车道,非机动车道延伸并穿过通行空间(5)。
5.根据权利要求4所述大跨度双拱轴组合拱桥,其特征在于,通行空间(5)的上表面延伸至内拱脚(21)、外拱脚(22)的内表面的区域为实腹结构连接,形成矩形、圆弧拱形、梯形、半圆拱形、直墙拱形或弧墙拱形(6)的断面。
6.根据权利要求3所述大跨度双拱轴组合拱桥,其特征在于,河堤上还铺设有机动车道,非机动车道与机动车道之间设有绿化道,非机动车道与绿化道、第一拱脚支撑基础(41)和第二拱脚支撑基础(42)处于同一水平面,并高于机动车道。
7.根据权利要求1-3中任一种所述大跨度双拱轴组合拱桥,其特征在于,变化点(3)的截面惯性矩大于标准段(1)的截面惯性矩。
8.一种大跨度双拱轴组合拱桥的设计建造方法,其特征在于,所述方法包括步骤:
在河堤上的非机动车道两侧打桩,并固定第一拱脚支撑基础和第二拱脚支撑基础;
搭建具有通行空间的、双向曲线斜率的变化段,并分别与所述第一拱脚支撑基础和第二拱脚支撑基础对接;
搭建空腹结构等截面或变截面的单拱轴标准段,并经变化点与所述变化段圆顺过度对接,形成平滑曲线。
9.根据权利要求8所述大跨度双拱轴组合拱桥的设计建造方法,其特征在于,所述步骤“在河堤上的非机动车道两侧打桩,并固定第一拱脚支撑基础和第二拱脚支撑基础”之前还包括步骤:
预制空腹结构等截面或变截面的单拱轴标准段和实腹结构的、双向曲线斜率的双拱脚,其中所述双拱脚的截面惯性矩大于所述标准段的截面惯性矩,所述双拱脚包括内向曲率收敛式的内拱脚和反向曲率的外拱脚;
在河堤上垂直大跨度组合拱桥的方向依次铺设非机动车道、绿化道、机动车道,所述绿化道与所述非机动车道处于同一水平面,所述绿化道高于所述机动车道H5米。
10.根据权利要求9所述大跨度双拱轴组合拱桥的设计建造方法,其特征在于,所述步骤“搭建具有通行空间的、双向曲线斜率的变化段,并分别与所述第一拱脚支撑基础和第二拱脚支撑基础对接”具体为:
搭建所述双拱脚,所述内拱脚与所述第一拱脚支撑基础对接,所述外拱脚与第二拱脚支撑基础对接,所述内拱脚和外拱脚内侧与所述第一拱脚支撑基础、第二拱脚支撑基础的上表面围成通行空间;所述非机动车道延伸并穿过所述通行空间;
所述步骤“搭建空腹结构等截面或变截面的单拱轴标准段,并经变化点与所述变化段圆顺过度对接,形成平滑曲线”具体为:
搭建空腹结构等截面或变截面的单拱轴标准段,并与所述双拱脚经变化点圆顺过度,形成平滑曲线;
将所述通行空间的上表面延伸至所述内拱脚、外拱脚的内表面的区域建造为实腹结构,形成弧墙拱形的断面。
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- 2019-12-31 CN CN201911407023.3A patent/CN111041968A/zh active Pending
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