CN115949146B - Pc柱-钢梁的肋板式连接节点、柱梁体系及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种PC柱‑钢梁的肋板式连接节点、柱梁体系及其装配方法，PC柱‑钢梁的肋板式连接节点包括至少一个预埋板，其通过多个预埋板锚筋固定于PC柱的至少一个侧壁上，每个预埋板远离PC柱的一侧均垂直连接有两个相互平行的横向肋板，且横向肋板的两端均垂直连接有竖向肋板，每个竖向肋板均设置有向PC柱延伸的延伸部，延伸部通过多个栓钉固定于与之相邻的PC柱侧壁上。柱梁体系包括PC柱、钢梁、以及所述PC柱‑钢梁的肋板式连接节点。以及所述柱梁体系的装配方法。本发明所述PC柱‑钢梁的肋板式连接节点、柱梁体系受力可靠，生产制作方便，通过适当改变构造还能实现现场全螺栓连接，大大提高施工现场安装效率和工程质量。

Description

PC柱-钢梁的肋板式连接节点、柱梁体系及其装配方法

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域。更具体地说，本发明涉及一种PC柱-钢梁的肋板式连接节点、柱梁体系及其装配方法。

背景技术

装配式建筑发展到一定阶段，建筑主要受力构件采用装配式是大势所趋，梁、柱是建筑重要的抗侧和承重构件，目前装配式梁柱形式主要有PC（预制混凝土）、钢结构及钢与PC混合形式等，PC梁柱存在自重大、梁柱节点构造复杂的问题，钢结构梁柱存在造价高、纯钢柱竖向承重弱的问题，钢梁与PC柱的混合形式可以充分发挥钢结构受弯性能好、自重轻和PC柱造价低、承重强的优点。因此，研发受力可靠、构造简单、施工方便的PC柱—钢梁节点形式意义重大。

文献DOI: 10. 7672/ sgjs2021030052中介绍了两种典型的混凝土柱-H型钢梁连接节点，即“梁贯通型”和“柱贯通型”。“梁贯通型”节点的优点是整体性好，能在提供较大承载力和刚度的同时避免大量焊接作业；缺点是造成了核心区柱截面的削弱，增加了钢筋尤其是箍筋的布设难度，影响了核心区混凝土浇筑质量。“柱贯通型”节点的最大好处是有利于核心区混凝土浇筑成型，且构造较简单，施工速度快；不足之处在于节点体量大、用钢量大，加工及安装不方便。

CN109537810A提供了一种钢结构节点、预制柱及其制作方法、柱梁的装配方法，该节点包括预制柱侧面的侧板、位于底部的底板以及位于顶部的顶板、若干对拉杆件以及若干箍筋。钢梁通过侧板传力给预制柱。该节点形式实质是“梁贯通型”的一种简化。

现有的PC柱-钢梁节点形式或构造复杂，影响梁柱节点核心区钢筋布置和混凝土浇筑，或用钢量太大，加工及安装都很不方便，存在较大局限性。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种PC柱-钢梁的肋板式连接节点、柱梁体系及其装配方法，构造简单、可靠度高、施工方便。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种PC柱-钢梁的肋板式连接节点，包括至少一个预埋板，其通过多个预埋板锚筋固定于PC柱的至少一个侧壁上，每个预埋板远离PC柱的一侧均垂直连接有两个相互平行的横向肋板，且每个横向肋板的两端均垂直连接有竖向肋板，每个竖向肋板均设置有向PC柱延伸的延伸部，所述延伸部通过多个栓钉固定于与之相邻的PC柱侧壁上。

优选的是，所述预埋板为一个，其为平板形结构，固定于所述PC柱的第一侧壁上，每个横向肋板均为垂直于所述预埋板一侧壁向外侧延伸的平板形结构，两个横向肋板两端的四个竖向肋板的延伸部两两对应固定于所述PC柱的第二侧壁和第四侧壁上，所述第二侧壁和第四侧壁均与第一侧壁相邻。

优选的是，所述预埋板为一个，其横向截面为直角形，固定于所述PC柱相邻的第一侧壁和第二侧壁上，每个横向肋板均为垂直于所述预埋板两个相邻侧壁向外侧延伸的直角板形结构，两个横向肋板两端的四个竖向肋板的延伸部两两对应固定于所述PC柱的第三侧壁和第四侧壁上，所述第一侧壁与第三侧壁相对，所述第二侧壁与第四侧壁相对。

优选的是，所述预埋板为一个，其横向截面为匚字形，固定于所述PC柱依次相邻的第一侧壁、第二侧壁和第三侧壁上，每个横向肋板均为垂直于所述预埋板三个相邻侧壁向外侧延伸的匚字形结构，两个横向肋板两端的四个竖向肋板的延伸部两两对接成一体，并固定于所述PC柱的第四侧壁上。

优选的是，所述预埋板为两个，均为平板形结构，分别固定于所述PC柱相对的第一侧壁和第三侧壁上，每个横向肋板均为垂直于所述预埋板一侧壁向外侧延伸的平板形结构，四个横向肋板两端的八个竖向肋板的延伸部两两对应两两对接成一体，并分别固定于所述PC柱相对的第二侧壁和第四侧壁上。

优选的是，每个预埋板上连接的两个横向肋板之间垂直固接有至少一个横向肋板腹板。

本发明还提供了一种柱梁体系，包括PC柱、钢梁以及所述PC柱-钢梁的肋板式连接节点，其中，所述钢梁的一端与所述横向肋板远离预埋板的一侧固接。

本发明还提供了一种柱梁体系的装配方法，包括以下步骤：

步骤一、绑扎预制柱钢筋，制作所述预埋板、横向肋板、竖向肋板、以及预埋板锚筋、栓钉；

步骤二、将多个预埋板锚筋垂直焊接分布于预埋板的内侧壁，在所述预埋板的外侧壁焊接两个相互平行的横向肋板，并将多个竖向肋板分别焊接在横向肋板的两端，制成PC柱-钢梁的肋板式连接节点；

步骤三、将所述PC柱-钢梁的肋板式连接节点定位固定，安装固定预制柱模板，浇筑预制柱混凝土，待混凝土形成强度后拆模，形成带PC柱-钢梁的肋板式连接节点的PC柱；

步骤四、将所述带PC柱-钢梁的肋板式连接节点的PC柱由工厂运输至施工现场，吊装安装，将钢梁的一端与所述横向肋板远离预埋板的一侧焊接或栓接，即得所述柱梁体系。

本发明至少包括以下有益效果：

第一、本发明的PC柱-钢梁的肋板式连接节点，通过横向肋板的协调，竖向肋板既分担了部分弯矩，又加强了预埋板的抗弯刚度，在既不需要钢梁贯通PC柱、也不需要PC柱外侧布置钢管和水平环肋情况下实现钢梁与PC柱的刚性连接，节点体量小、对PC柱内钢筋布置影响小。

第二、相比文献DOI:10. 7672/ sgjs2021030052介绍的“梁贯通型”，本发明的PC柱-钢梁的肋板式连接节点均布置于PC柱外侧，对柱内钢筋及混凝土浇筑影响小；相比文献介绍的“柱贯通型”，本发明的PC柱-钢梁的肋板式连接节点体量小，用钢量省。

第三、相比专利CN109537810A提供的一种钢结构节点、预制柱及其制作方法、柱梁的装配方法，本发明的节点适用面更广，既适用于钢梁与PC柱单边连接，又可用于多边连接。

第四、本发明的PC柱-钢梁的肋板式连接节点刚度可通过横向肋板长度、预埋板厚度等主要参数调整，是能适应不同节点刚度需求的混凝土柱-钢梁结构形式。

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中所述PC柱-钢梁的肋板式连接节点的立体透视图；

图2为本发明的一种技术方案中钢梁与PC柱单边连接的竖切透视图；

图3为本发明的一种技术方案中钢梁与PC柱单边连接的横切透视图；

图4为本发明的另一种技术方案中钢梁与PC柱相邻双边连接的竖切透视图；

图5为本发明的另一种技术方案中钢梁与PC柱相邻双边连接的横切透视图；

图6为本发明另一种技术方案中钢梁与PC柱相对双边连接的竖切透视图；

图7为本发明另一种技术方案中钢梁与PC柱相对双边连接的横切透视图；

图8为本发明另一种技术方案中钢梁与PC柱三边连接的竖切透视图；

图9为本发明另一种技术方案中钢梁与PC柱三边连接的横切透视图；

图10为本发明另一种技术方案中钢梁与PC柱单边全螺栓连接的竖切透视图；

图11为本发明另一种技术方案中钢梁与PC柱单边全螺栓连接的横切透视图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式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”术语并不排除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1~11所示，本发明提供了一种PC柱-钢梁的肋板式连接节点，包括至少一个预埋板100，其通过多个预埋板锚筋101固定于PC柱200的至少一个侧壁上，每个预埋板100远离PC柱200的一侧均垂直连接有两个相互平行的横向肋板102，且每个横向肋板102的两端均垂直连接有竖向肋板103，每个竖向肋板103均设置有向PC柱200延伸的延伸部，所述延伸部通过多个栓钉104固定于与之相邻的PC柱200侧壁上。本技术方案中，所述PC柱-钢梁的肋板式连接节点，主要包括至少一个预埋板100、多个预埋板锚筋101、横向肋板102及竖向肋板103，钢梁300通过翼缘与横向肋板102、腹板与预埋板100焊接或螺栓连接，预埋板100通过预埋板锚筋101锚入PC柱200与其连接，横向肋板102通过焊接与预埋板100、竖向肋板103连接，竖向肋板103的延伸部通过栓钉104与PC柱200连接，将钢梁根部的弯矩一部分通过横向肋板102、预埋板100传给PC柱200，一部分通过竖向肋板103及栓钉104传给PC柱200并转化为PC柱200侧面的水平剪力，实现钢梁-砼柱的刚性连接。通过横向肋板102的协调，竖向肋板103既分担了部分弯矩，又加强了预埋板100的抗弯刚度。所述PC柱-钢梁的肋板式连接节点受力可靠、生产制作方便，通过适当改变构造还能实现现场全螺栓连接，大大提高施工现场安装效率和工程质量。

在另一些技术方案中，如图1~3所示，所述预埋板100为一个，其为平板形结构，固定于所述PC柱200的第一侧壁上，每个横向肋板102均为垂直于所述预埋板100一侧壁向外侧延伸的平板形结构，两个横向肋板102两端的四个竖向肋板103的延伸部两两对应固定于所述PC柱200的第二侧壁和第四侧壁上，所述第二侧壁和第四侧壁均与第一侧壁相邻。本技术方案中，预埋板100为平板形结构，其内侧平行贴合在PC柱200的一侧壁上，并固接有多个预埋板100锚筋伸入固定在PC柱200内，预埋板100的外侧设置有两个垂直于预埋板100向外延伸的横向肋板102，两个横向肋板102上下对应且相互平行。每个横向肋板102的两端以及预埋板100的两端分别与PC柱200的相邻两个侧壁齐平，此两个侧壁上均安装有两个与侧壁平行贴合的竖向肋板103，四个竖向肋板103靠近预埋板100的端部均超出所在PC柱200的侧壁，四个竖向肋板103超出的部分分别与两个横向肋板102的两端对应垂直固接，以此实现钢梁与PC柱200的单边连接。

在另一些技术方案中，如图4~5所示，所述预埋板100为一个，其横向截面为直角形，固定于所述PC柱200相邻的第一侧壁和第二侧壁上，每个横向肋板102均为垂直于所述预埋板100两个相邻侧壁向外侧延伸的直角板形结构，两个横向肋板102两端的四个竖向肋板103的延伸部两两对应固定于所述PC柱的第三侧壁和第四侧壁上，所述第一侧壁与第三侧壁相对，所述第二侧壁与第四侧壁相对。本技术方案中，预埋板100为直角形结构，其内侧平行贴合在PC柱200相邻的两个侧壁上，并固接有多个预埋板锚筋101伸入固定在PC柱200内，预埋板100的外侧设置有两个垂直于预埋板100向外延伸的横向肋板102，两个横向肋板102上下对应且相互平行，每个横向肋板102由两块平板依次连接成直角形结构。每个横向肋板102的两端以及预埋板100的两端分别与PC柱200的另两个侧壁齐平，此另两个侧壁上均安装有两个与侧壁平行贴合的竖向肋板103，垂直对应的每两个竖向肋板103相互靠近的端部垂直连接，相互远离的端部超出所在PC柱200的侧壁，四个竖向肋板103超出的部分分别与两个横向肋板102的两端对应垂直固接，以此实现钢梁与PC柱200的相邻双边连接。

在另一些技术方案中，如图8~9所示，所述预埋板100为一个，其横向截面为匚字形，固定于所述PC柱200依次相邻的第一侧壁、第二侧壁和第三侧壁上，每个横向肋板102均为垂直于所述预埋板100三个相邻侧壁向外侧延伸的匚字形结构，两个横向肋板102两端的四个竖向肋板103的延伸部两两对接成一体，并固定于所述PC柱200的第四侧壁上。本技术方案中，预埋板100为匚字形结构，其内侧平行贴合在PC柱200相邻的三个侧壁上，并固接有多个预埋板锚筋101伸入固定在PC柱200内，预埋板100的外侧设置有两个垂直于预埋板100向外延伸的横向肋板102，两个横向肋板102上下对应且相互平行，每个横向肋板102由三块平板依次连接成匚字形结构。每个横向肋板102的两端以及预埋板100的两端均与PC柱200的另一侧壁齐平，此PC柱200的侧壁上还安装有两个与之平行贴合的竖向肋板103，两个竖向肋板103的两端均超出PC柱200的侧壁向外延伸，两个竖向肋板103的两端超出部分分别与两个横向肋板102的两端对应垂直固接，以此实现钢梁与PC柱200的三边连接。

在另一些技术方案中，如图6~7所示，所述预埋板100为两个，均为平板形结构，分别固定于所述PC柱200相对的第一侧壁和第三侧壁上，每个横向肋板102均为垂直于所述预埋板100一侧壁向外侧延伸的平板形结构，四个横向肋板102两端的八个竖向肋板103的延伸部两两对应两两对接成一体，并分别固定于所述PC柱200相对的第二侧壁和第四侧壁上。本技术方案中，在PC柱200相对的两侧壁上对称设置有预埋板100，两个预埋板100相靠近的一侧均连接有多个预埋板锚筋101伸入固定在PC柱200内，每个预埋板100的水平方向上的长度与其所在PC柱200的侧壁的宽度一致，使两个预埋板100的左右两端与相邻的PC柱200的侧壁齐平。每个预埋板100远离PC柱200的外侧壁上设置有两个垂直向柱外延伸的横向肋板102，二者上下对应且相互平行，两个横向肋板102的左右两端也与相邻的PC柱200的侧壁齐平。这两个相对的侧壁上均设置有与所在侧壁平行的两个竖向肋板103，两个侧壁上两两相对的四个竖向肋板103的两端均超出侧壁向外延伸，且四个竖向肋板103的两端超出部分分别与四个横向肋板102的两端对应垂直固接，以此实现钢梁与PC柱200的对称双边连接。

在另一些技术方案中，如图1和图10~11所示，每个预埋板100上连接的两个横向肋板102之间垂直固接有至少一个横向肋板腹板105。本技术方案中，钢梁为箱形时，可卡嵌在两个横向肋板102之间，其顶部和底部与两个横向肋板102通过高强螺栓固接，其腹板与横向肋板腹板105也通过高强螺栓固接，以此实现全螺栓的连接方式；钢梁为H形时，可使H形钢梁的腹板于横向肋板腹板对应焊接，H形钢梁的翼缘与横向肋板对应焊接，实现焊接的连接方式。

如图1~11所示，本发明还提供了一种柱梁体系，包括PC柱200、钢梁以及所述PC柱-钢梁的肋板式连接节点，其中，所述钢梁的一端与所述横向肋板102远离预埋板100的一侧固接。本技术方案中，钢梁可以为H形、箱形等截面形式，钢梁于横向肋板102的外侧通过栓焊组合或全焊接或全螺栓等形式连接。

本发明还提供了一种柱梁体系的装配方法，包括以下步骤：

步骤一、绑扎预制柱钢筋，制作所述预埋板100、横向肋板102、竖向肋板103、以及预埋板锚筋101、栓钉104；

步骤二、将多个预埋板锚筋101垂直焊接分布于预埋板100的内侧壁，在所述预埋板100的外侧壁焊接两个相互平行的横向肋板102，并将多个竖向肋板103分别焊接在横向肋板102的两端，制成PC柱-钢梁的肋板式连接节点；

步骤三、将所述PC柱-钢梁的肋板式连接节点定位固定，安装固定预制柱模板，浇筑预制柱混凝土，待混凝土形成强度后拆模，形成带PC柱-钢梁的肋板式连接节点的PC柱200；

步骤四、将所述带PC柱-钢梁的肋板式连接节点的PC柱200由工厂运输至施工现场，吊装安装，将钢梁的一端与所述横向肋板102远离预埋板100的一侧焊接或栓接，即得所述柱梁体系。

<实施例1>

如图2和3所示，本实施例提供了一种PC柱-钢梁的肋板式连接节点，其PC柱200的横切面尺寸为800×800 mm，钢梁为H型钢梁，其横切面尺寸为800×250×14×30 mm，横向肋板102、竖向肋板103的板厚均为30 mm。横向肋板102的宽度为300 mm，上部竖向肋板103高度300 mm，竖向肋板103的栓钉104的数量为12根（3排），下部竖向肋板103高200 mm，栓钉104的数量为8根（2排）。预埋板100的板厚度为40 mm，预埋板锚筋101的数量为35根（7行5列）。

本实施例试件H型钢梁梁端施加竖向集中力P，竖向位移Δ，梁柱节点转角θ计算公式如下：

θ= (Δ- v _b - v _t ) / l (1)

式（1）中Δ为H型钢梁竖向总位移，v _b 为H型钢梁在梁柱绝对刚接下的弯曲挠度，v _b =Pl³/3EI；v _t 为H型钢梁在梁柱绝对刚接下的剪切挠度，对于非深受弯构件，剪切变形可忽略；l为H型钢梁端集中力作用点至柱内边的距离。梁柱节点的初始转动刚度可由以下公式得出：

R=M/θ (2)

式（2）中M为节点弯矩，即M=Pl。

通过计算得出节点刚度为3404255.3 kN·m/rad，节点刚度与梁线刚度之比为24.0，参考美国AISC规范，节点刚度与梁线刚度之比≥20可认为节点为刚性节点，本工程节点构造符合刚性节点要求。同时各节点板、预埋筋及栓钉强度指标均满足要求。

<实施例2>

如图10和11所示，本实施例提供了一种钢梁与PC柱200单边全螺栓连接的柱梁体系，由钢梁、PC柱200、横向肋板102、竖向肋板103、竖向肋板103的栓钉104、预埋板100、预埋板锚筋101、横向肋板腹板105、钢梁腹板与横向肋板腹板105连接用高强螺栓一106、钢梁翼缘与横向肋板102连接用高强螺栓二107构成。以此实现全螺栓连接。

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 (7)

1.PC柱-钢梁的肋板式连接节点，其特征在于，包括至少一个预埋板，其通过多个预埋板锚筋固定于PC柱的至少一个侧壁上，每个预埋板远离PC柱的一侧均垂直连接有两个相互平行的横向肋板，且每个横向肋板的两端均垂直连接有竖向肋板，横向肋板通过焊接与预埋板、竖向肋板连接，每个竖向肋板均设置有向PC柱延伸的延伸部，所述延伸部通过多个栓钉固定于与之相邻的PC柱侧壁上，将钢梁根部的弯矩一部分通过横向肋板、预埋板传给PC柱，一部分通过竖向肋板及栓钉传给PC柱并转化为PC柱侧面的水平剪力，实现钢梁-砼柱的刚性连接，每个预埋板上连接的两个横向肋板之间垂直固接有至少一个横向肋板腹板。

2.如权利要求1所述的PC柱-钢梁的肋板式连接节点，其特征在于，所述预埋板为一个，其为平板形结构，固定于所述PC柱的第一侧壁上，每个横向肋板均为垂直于所述预埋板一侧壁向外侧延伸的平板形结构，两个横向肋板两端的四个竖向肋板的延伸部两两对应固定于所述PC柱的第二侧壁和第四侧壁上，所述第二侧壁和第四侧壁均与第一侧壁相邻。

3.如权利要求1所述的PC柱-钢梁的肋板式连接节点，其特征在于，所述预埋板为一个，其横向截面为直角形，固定于所述PC柱相邻的第一侧壁和第二侧壁上，每个横向肋板均为垂直于所述预埋板两个相邻侧壁向外侧延伸的直角板形结构，两个横向肋板两端的四个竖向肋板的延伸部两两对应固定于所述PC柱的第三侧壁和第四侧壁上，所述第一侧壁与第三侧壁相对，所述第二侧壁与第四侧壁相对。

4.如权利要求1所述的PC柱-钢梁的肋板式连接节点，其特征在于，所述预埋板为一个，其横向截面为匚字形，固定于所述PC柱依次相邻的第一侧壁、第二侧壁和第三侧壁上，每个横向肋板均为垂直于所述预埋板三个相邻侧壁向外侧延伸的匚字形结构，两个横向肋板两端的四个竖向肋板的延伸部两两对接成一体，并固定于所述PC柱的第四侧壁上。

5.如权利要求1所述的PC柱-钢梁的肋板式连接节点，其特征在于，所述预埋板为两个，均为平板形结构，分别固定于所述PC柱相对的第一侧壁和第三侧壁上，每个横向肋板均为垂直于所述预埋板一侧壁向外侧延伸的平板形结构，四个横向肋板两端的八个竖向肋板的延伸部两两对应两两对接成一体，并分别固定于所述PC柱相对的第二侧壁和第四侧壁上。

6.柱梁体系，其特征在于，包括PC柱、钢梁以及如权利要求1~5中任一项所述的PC柱-钢梁的肋板式连接节点，其中，所述钢梁的一端与所述横向肋板远离预埋板的一侧固接。

7.如权利要求6所述的柱梁体系的装配方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、绑扎预制柱钢筋，制作所述预埋板、横向肋板、竖向肋板、以及预埋板锚筋、栓钉；

步骤二、将多个预埋板锚筋垂直焊接分布于预埋板的内侧壁，在所述预埋板的外侧壁焊接两个相互平行的横向肋板，并将多个竖向肋板分别焊接在横向肋板的两端，制成PC柱-钢梁的肋板式连接节点；

步骤三、将所述PC柱-钢梁的肋板式连接节点定位固定，安装固定预制柱模板，浇筑预制柱混凝土，待混凝土形成强度后拆模，形成带PC柱-钢梁的肋板式连接节点的PC柱；

步骤四、将所述带PC柱-钢梁的肋板式连接节点的PC柱由工厂运输至施工现场，吊装安装，将钢梁的一端与所述横向肋板远离预埋板的一侧焊接或栓接，即得所述柱梁体系。

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