JP2005220699A - 既設柱の補強構造、及びその補強方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、簡略な構成で施工性が良く、安定した品質を得ることのできるコンクリート充填鋼管造の既設柱の補強構造及び、その補強方法を提供する
【解決手段】 フーチング４を鉄筋かご９及びコンクリート１２よりなる鉄筋コンクリート８で補強する。補強板１４を鉄筋かご９を構成する連結鉄筋１０の上端部を内包しつつ本体部６を囲うように配置し、隣り合う側端部を接合手段を介して接合する。塞ぎ板１３を既設梁３との取り合い部５を囲うように隣り合う既設梁３間に架け渡して配置し固着した後、塞ぎ板１３で囲われた内方で取り合い部５を囲うように連結鉄筋１０を鉛直状に吊り込む。塞ぎ板１３及び補強板１４の内方にコンクリート１２を打設し充填して、本体部６、既設梁３との取り合い部５及び柱脚部のフーチング４の各々の補強構造が一体に形成されたコンクリート充填鋼管造の既設柱の補強構造を形成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、既設柱の補強構造、及びその補強方法に関する。

従来より、コンクリート充填鋼管造の柱は、鋼管の引張り強さ及びコンクリートの圧縮強さといった鋼管とコンクリート各々が持つ特性の相乗効果を利用することによって、剛性、耐力、変形性能などの耐震性や耐火性能等、あらゆる面で優れた構造特性を発揮することから、数多くの構造物に利用されている。

これらコンクリート充填鋼管造の柱を備える架構は、その施工効率をより向上することを目的に施工方法に様々な検討がなされており、例えば特許文献１では、柱と梁と床のコンクリートを同時に打設することにより、施工能率の向上を図っている。
特開平０７−２９２７７３号公報（第１図参照）

しかし、既設の架構に用いられているコンクリート充填鋼管造の既設柱に関する補強方法については未だ十分な検討がなされておらず、例えば改修等に伴い耐力補強を試みようとすると、既設梁が取り合っていることからその工程が煩雑となるため作業効率が低いとともに、安定した品質を確保することが難しい。

上記事情に鑑み、本発明は、簡略な構成で施工性が良く、高品質を得ることのできるコンクリート充填鋼管造の既設柱の補強構造及び、その補強方法を提供することを目的としている。

請求項１記載の既設柱の補強構造は、コンクリート充填鋼管造よりなる既設柱の補強構造であって、前記既設柱の本体部が、鋼板よりなる補強板を巻き立てつつ内方にコンクリートを充填して補強され、また、既設梁との取り合い部が、隣り合う既設梁間に前記既設梁の梁成と同様の高さを有する鋼板よりなる塞ぎ板を架け渡し内方にコンクリートを充填して補強され、さらに、既設柱脚部に形成されているフーチングが、鉄筋コンクリートを巻き立てて補強されており、前記既設梁との取り合い部の外周面近傍には、これを囲うように所定の離間間隔をもって鉛直状に延在し、両端部を既設梁の上下フランジ面より上方及び下方に各々突出させた連結鉄筋が、前記塞ぎ板との間に配置されるとともに、前記本体部の外周面近傍には、前記取り合い部に配置された連結鉄筋の端部及び前記フーチングを巻き立てる鉄筋コンクリートを構成し鉛直方向に延在する連結鉄筋の上端部が、前記補強板との間に配置されることを特徴としている。

請求項２記載の既設柱の補強構造は、前記取り合い部に当接する既設梁の端部近傍に、鋼板よりなるサイドプレートがフランジ幅を拡げるように固着手段を介して固着されることを特徴としている。

請求項３記載の既設柱の補強方法は、コンクリート充填鋼管造よりなる既設柱の補強方法であって、柱脚部に形成されているフーチングを囲うように鉄筋かごを配置し、該鉄筋かごを構成し鉛直状に延在する連結鉄筋の上端部をフーチングの天端面より上方に突出させた状態で、フーチングの天端高さまで前記鉄筋かごを埋設するようにコンクリートを充填する第１の工程と、前記既設柱の本体部と同様の部材長を有する鋼板よりなる複数の補強板を、前記連結鉄筋の上端部を内包しつつ前記本体部を囲うように配置し、隣り合う側端部どうしを接合手段を介して接合する第２の工程と、前記既設梁の梁成と同様の部材長を有する鋼板よりなる複数の塞ぎ板を、取り合い部を塞ぐよう隣り合う既設梁間に架け渡して配置した後、鉛直状に延在する複数の連結鉄筋を、前記塞ぎ板の内方で取り合い部を囲うように配置し、両端部が既設梁の上下フランジ面の上方及び下方に各々突出する高さ位置まで吊り込む第３の工程と、前記塞ぎ板及び補強板に囲まれた内方にコンクリートを充填する第４の工程よりなることを特徴としている。

請求項４記載の既設柱の補強方法は、第２の工程で、前記補強板の隣り合う側端部どうしの接合手段にかみ合わせ継ぎ手が用いられており、該かみ合わせ継ぎ手が、前記補強板の隣り合う側端部各々に、対向面にノコ歯が形成された対をなす継ぎ手部材を配置して、対向面のノコ歯どうしをかみ合わせて形成されることを特徴としている。

請求項１に記載の既設柱の補強構造によれば、コンクリート充填鋼管造の既設柱を、本体部、既設梁との取り合い部及び柱脚部に形成されたフーチングの全ての部位にわたって効率よく高い精度を持って補強することが可能になるとともに、その構成が簡略なことから施工性が容易で作業性を大幅に向上することが可能となる。

また、既設梁との取り合い部に、鉛直状の連結鉄筋が配設されるとともに、隣り合う既設梁間を架け渡して配置する塞ぎ板を用いるから、該塞ぎ板がせん断補強の機能を有するため取り合い部にせん断補強筋を不要とすることができ、構造の複雑な取り合い部を簡略な構成で補強することが可能となるとともに、作業性を大幅に向上することが可能となる。

さらに、本体部は、これを覆うようにして補強板が配置されるとともに内方にコンクリートが充填されるいわゆる鋼板巻き補強であることから、従来より鉄筋コンクリート造の既設柱を補強する際に用いられている構成を踏襲でき作業性がよいとともに、既設柱の剛性及び耐力をより向上することができ、補強前の既設柱が有していたコンクリート充填鋼管造の特徴である耐震性能及び耐火性能をそのまま保持することも可能となる。

加えて、前記既設梁との取り合い部には、鉛直状の連結鉄筋が配設されてその両端部が本体部の補強板を巻いた補強構造に内包されるとともに、前記フーチングを補強する鉄筋コンクリートを構成する鉛直状の連結鉄筋の上端部も本体部の補強板を巻いた補強構造に内包されるから、本体部、既設梁との取り合い部及び柱脚部のフーチングの各々の補強構造は連続して一体に形成されて、軸力をスムーズに伝達し、また既設柱の耐力をより向上させることが可能となる。

請求項２に記載の既設柱の補強構造によれば、前記取り合い部に当接する既設梁の端部近傍に、サイドプレートがフランジ幅を拡げるように固着手段を介して固着されるから、地震等が発生した際に既設梁端部のフランジ周辺に集中しやすい変形を、サイドプレートの取り付け部やその周辺を含む広い範囲に分散できるため、既設梁端部の塑性変形性能を大幅に向上でき、構造物を使用しながら既設柱のみでなく架構全体の耐震性能を大幅に向上することが可能となる。

また、地震等が生じた際の変形の発生箇所をサイドプレートの幅と長さの調整により自在にコントロールできることから、必要量の耐震性能を的確に反映した架構を構成することが可能となる。

請求項３に記載の既設柱の補強方法によれば、簡略な構成で施工性が良く、また、既設梁との取り合い部及び本体部各々囲う補強板及び塞ぎ板の内方に対して同時にコンクリートを充填できるため、作業効率を向上することができ、工費削減及び工期短縮に大きく寄与することが可能となる。

また、既設梁との取り合い部は、従来よりコンクリート充填鋼管造の柱と鉄骨造の梁を用いて架構を構築する際に用いる両者の取り合い方法を踏襲した補強方法であることから、作業性及び施工性を大幅に向上することが可能となる。

請求項４に記載の既設柱の補強方法によれば、前記補強板の隣り合う側端部どうしの接合手段にかみ合わせ継ぎ手が用いられており、該かみ合わせ継ぎ手が、前記補強板の隣り合う側端部各々に対向面にノコ歯が形成された対をなす継ぎ手部材を配置して、対向面のノコ歯どうしをかみ合わせて形成されるから、現場溶接が不要となるため施工が天候に左右されることがなく、また特殊技能を不要としながら、接合部の安定した品質を確保することが可能となる。

また、従来の鋼板巻き補強と同等の耐震性能を確保しながら溶接等の人力に係る作業大幅に軽減できるため、施工性を向上できるとともにし工費を大幅に削減することが可能となる。

本発明の既設柱の補強構造及びその補強方法を図１から図３に示す。本発明は、コンクリート充填鋼管造よりなる既設柱の補強に際し、本体部にはいわゆる鋼板巻き補強、フーチングには鉄筋コンクリート巻き補強、既設柱との取り合い部には、鉛直方向に延在し両端部が既設梁の上下より突出するように配置した連結鉄筋とこれ囲うように配置した塞ぎ板、及びその内方に充填されるコンクリートにより補強し、各部位の補強構造を一体となるよう形成して既設柱の耐力をより一層向上させるものである。

図１（ａ）に示すような、コンクリート充填鋼管造の既設柱２と鉄骨造の既設梁３を備える架構１における既設柱２の補強構造を、柱脚部に形成されているフーチング４、既設梁３との取り合い部５、及び既設梁３や基礎梁７等水平部材の内法高さに相当する本体部６の各部位毎で詳述する。

前記フーチング４は、鉄筋コンクリート８を巻き立てて補強するいわゆる鉄筋コンクリート巻きよりなる補強構造を有しており、図１（ｂ）に示すように、フーチング４を囲うように所定の離間間隔をもって鉛直状に延在し上端部がフーチング４の天端面より上方に突出するように配置された複数の連結鉄筋１０と、これらを内方するように配置される帯筋１１よりなる鉄筋かご９をフーチング４の天端レベルまでコンクリート１２で埋設した構成を有している。

なお、前記帯筋１１は、フーチング４の周囲に配置された全ての連結鉄筋１０を内包しようとすると基礎梁７に干渉するため、端部を該基礎梁７に固着手段を介して固着する、もしくは基礎梁７に図示しない水平方向の貫通孔を形成し、該貫通孔に帯筋１１を装通させる構成としても良い。

また、図１（ｂ）に示すように、前記本体部６は、鋼板よりなる補強板１４を巻き立てつつ内方にコンクリート１２を充填する補強するいわゆる鋼板巻きよりなる補強構造を有している。該補強板１４は、前記鉄筋かご９の配置断面より大きい径を有し、既設梁３の内法高さもしくは既設梁３と基礎梁７の内法高さに相当する部材長を有する鋼管を断面分割した形状に成形されている。図１（ｃ）に示すように、本実施の形態では２分割されて、本体部６を囲うように向かい合わせて配置され隣り合う側端部を溶接等の固着手段により固着されている。

ここで、該本体部６の外周面には、前記フーチング４の周囲に配置した鉄筋かごを構成する連結鉄筋１０の上端部が突出して配置されていることから、図１（ｂ）に示すように、前記補強板１４は、本体部６に加えてこれらを囲うように配置されており、内方にコンクリート１２が充填されている。

なお、前記補強板１４は、必ずしも隣り合う側端部を溶接により固着する必要はない。
例えば、図３（ａ）に示すように、対向する表面がノコ歯状に成形された対をなす継ぎ手部材１５ａを補強板１４の側端部各々に設置しておき、補強板１４を向かい合わせて配置した際に対をなす継ぎ手部材１５ａのノコ歯どうしをかみ合わせたかみ合わせ継ぎ手１５を形成する構成とする等、隣り合う補強板１４を連結できる構成であれば何れの手段を用いても良い。

さらに、前記既設梁３との取り合い部５は、鋼板よりなる塞ぎ板１３を巻き立てつつ内方にコンクリート１２を充填して補強されている。
これら取り合い部５の補強構造は、図１（ｂ）に示すように、前記取り合い部５を囲うように所定の離間間隔をもって鉛直状に延在し両端部が既設梁３の上下フランジ面より各々上下に突出するように複数の連結鉄筋１０が配置されており、該連結鉄筋１０及び取り合い部５を囲うように塞ぎ板１３が設置されてその内方で連結鉄筋１０の中間部を埋設するようにコンクリート１２が充填されている。

前記塞ぎ板１３は、連結鉄筋１０の配置断面より大きく、前記本体部６を囲うように向かい合わせて配置した２体の補強板１４の配置断面と同様の径を有し、前記既設梁３の梁成と同様の高さを有する鋼管を断面分割した形状を有した鋼板により形成されており、本実施の形態では、取り合い部５に４体の既設梁３が取り合っていることから４分割されて、隣り合う既設梁３どうしを架け渡すように配置されて溶接等の固定手段を介して固定されている。

このとき、取り合い部５に配置した連結鉄筋１０の両端部は、既設梁３の上下フランジ面より上下に各々突出するから、これら両端部は取り合い部５の上下に位置する本体部６の外周面に配置されることとなる。このため、前記本体部６を囲っている補強板１４は、本体部６に加えてこれら取り合い部５に配置した連結鉄筋１０の両端部をも囲うように配置されている。これにより、図１（ｂ）に示すような本体部６及び既設梁３との取り合い部５は、両者に跨るように連結鉄筋１０が配置され、また前記補強板１４もしくは塞ぎ板１３等の鋼板で一様に巻き立てられて補強構造を有することとなる。

このようにコンクリート充填鋼管造の既設柱２は、既設梁３との取り合い部５に位置する前記連結鉄筋１０が、取り合い部５を挟んで上下に位置する本体部６の両者に跨るように配置され、また、前記フーチング４に位置する鉄筋かご９を構成する連結鉄筋１０も本体部６に跨って配置されて補強するから、前記フーチング４、本体部６及び取り合い部５の補強構造が一体的に形成されることとなるため、既設柱２の耐力をより向上させることができるものである。

また、複雑な構成の取り合い部５であっても塞ぎ板１３を前記隣り合う既設梁３を架け渡すように配置することで、容易にコンクリート１２を充填することができるとともに、該塞ぎ板１３がせん断補強筋として機能するから、帯筋を不要とできるため配筋作業をより簡略化することができるものである。
さらに、前記フーチング４を補強した鉄筋コンクリートに支持されるように本体部６の補強構造が位置するため、作業性が良く安定した品質を得やすい構成となっている。

ところで、本実施の形態では、図１（ｂ）に示すように、コンクリート充填鋼管造の既設柱２の補強構造を構成するに際し、併せて前記記取り合い部５に当接する既設梁３の端部近傍に対して、フランジ幅を拡げるように鋼板よりなるサイドプレート１６を固着手段を介して固着している。

このようなサイドプレート１６を用いる構成は、地震等が発生した際に既設梁３の端部のフランジ周辺に集中しやすい変形を、サイドプレート１６の取り付け部やその周辺を含む広い範囲に分散し、既設梁３の端部の塑性変形性能を向上するものである。このような構成は、既設柱２のみでなく架構１全体の耐震性能を向上できるものである。
なお、地震等が生じた際の既設梁３の端部のフランジ周辺に発生する変形の箇所は、サイドプレート１６の幅と長さの調整により自在にコントロールできることから、架構１に付与したい必要量の耐震性能を考慮して、サイドプレート１６の形状を決定すればよい。

上述する構成のコンクリート充填鋼管造の既設柱２の補強方法を図２を参照し、以下に詳述する。

（第１の工程）
図２（ａ）に示すように、前記フーチング４を囲うように、連結鉄筋１０及び帯筋１１より構成される鉄筋かご９を配置し、フーチング４の天端高さまで鉄筋かご９を埋設するようにコンクリート１２を充填し、フーチング４を鉄筋コンクリート８で補強する。

このとき、鉄筋かご９は前記連結鉄筋１０の上端部がフーチング４の天端面より上方に突出するように配置しておく。
なお、本実施の形態では、架構１全体の耐震性能を向上することを目的に前記３の端部に前記サイドプレート１６を溶接等の固着手段を介して固着しているが、必ずしも固着する必要はない。

（第２の工程）
図２（ｂ）に示すように、前記補強板１４を、フーチング４に配置された連結鉄筋１０の上端部を内包しつつ本体部６を囲うように向かい合わせて配置し、隣り合う側端部を接合手段を介して接合する。
また、前記補強板１４は、前記フーチング４を補強した鉄筋コンクリート８の天端面に支持するように配置すればよい。

（第３の工程）
図２（ｃ）に示すように、前記塞ぎ板１３を既設梁３との取り合い部５を囲うように隣り合う既設梁３間に架け渡して配置し、塞ぎ板１３を既設梁３に溶接等の固着手段を介して固着した後、該塞ぎ板１３で囲われた内方で前記既設梁３との取り合い部５を囲うように複数の連結鉄筋１０を鉛直状に吊り込む。

なお、前記塞ぎ板１３は、隣り合う既設梁３間を架け渡すように配置した際の配置断面が、前記補強板１４を向かい合わせて配置した際の配置断面と同様の大きさとなるよう成形しておく。
また、前記取り合い部５を囲うように配置した連結鉄筋１０は、その両端部が既設梁３の上下フランジ面各々より上方及び下方に突出するように配置しておく。

（第４の工程）
図２（ｄ）に示すように、前記塞ぎ板１３に囲まれた内方及び補強板１４に囲まれた内方にコンクリート１２を打設し充填して、本体部６、既設梁３との取り合い部５及び柱脚部のフーチング４の各々の補強構造が一体に形成されたコンクリート充填鋼管造の既設柱２の補強構造を形成する。

なお、補強後の既設柱２について、既設梁３との取り合い部５、本体部６及び柱脚部のフーチング４への軸力伝達をよりスムーズに行うことを目的に、図３（ｂ）に示すように第１の工程で、前記既設柱２を構成する鋼管２ａの外周面にスタッド１７を溶接等の固着手段を介して固着しても良い。

上述する構成によれば、コンクリート充填鋼管造の既設柱２を、本体部６、既設梁３との取り合い部５及び柱脚部に形成されたフーチング４の全ての部位にわたって効率よく高い精度を持って補強することが可能になるとともに、その構成が簡略なことから施工性が容易で作業性を大幅に向上することが可能となる。

また、既設梁３との取り合い部に、鉛直状の連結鉄筋１０が配設されるとともに、隣り合う既設梁３間を架け渡して配置する塞ぎ板１３を用いるから、該塞ぎ板１３がせん断補強の機能を有するため取り合い部５にせん断補強筋を不要とすることができ、構造の複雑な取り合い部５を簡略な構成で補強することが可能となるとともに、作業性を大幅に向上することが可能となる。

さらに、本体部６は、これを覆うようにして補強板１４が配置されるとともに内方にコンクリート１２が充填されるいわゆる鋼板巻き補強であることから、従来より鉄筋コンクリート造の既設柱２を補強する際に用いられている構成を踏襲でき作業性がよいとともに、既設柱２の剛性及び耐力をより向上することができ、補強前の既設柱２が有していたコンクリート充填鋼管造の特徴である耐震性能及び耐火性能をそのまま保持することが可能となる。

加えて、前記既設梁３との取り合い部５には、鉛直状の連結鉄筋１０が配設されてその両端部が本体部６の補強板１４を巻いた補強構造に内包されるとともに、前記フーチング４を補強する鉄筋コンクリート８を構成する鉛直状の連結鉄筋１０の上端部も本体部６の補強板１４を巻いた補強構造に内包されるから、本体部６、既設梁３との取り合い部５及び柱脚部のフーチング４の各々の補強構造は連続して一体に形成されて、軸力をスムーズに伝達し、また既設柱２の耐力をより向上させることが可能となる。

また、前記取り合い部５に当接する既設梁３の端部近傍に、サイドプレート１６を備える構成とすれば、地震等が発生した際に既設梁３の端部のフランジ周辺に集中しやすい変形を、サイドプレート１６の取り付け部５やその周辺を含む広い範囲に分散できるため、既設梁３の端部の塑性変形性能を大幅に向上でき、構造物を使用しながら既設柱２のみでなく架構１全体の耐震性能を大幅に向上することが可能となる。

一方で、既設柱２の補強方法によれば、簡略な構成で施工性が良く、また、既設梁３との取り合い部５及び本体部６を各々囲う補強板１４及び塞ぎ板１３の内方に対して同時にコンクリート１２を充填できるため、作業効率を向上することができ、工費削減及び工期短縮に大きく寄与することが可能となる。

また、既設梁３との取り合い部は、従来よりコンクリート充填鋼管造の柱と鉄骨造の梁を用いて架構を構築する際に用いる両者の取り合い方法を踏襲した補強方法であることから、作業性及び施工性を大幅に向上することが可能となる。

また、前記補強板１４の隣り合う側端部どうしの接合手段にかみ合わせ継ぎ手１５を用いることにより、補強板１４の隣り合う側端部どうしの接合に現場溶接が不要となるため施工が天候に左右されることがなく、また特殊技能を不要としながら、接合部の安定した品質を確保することが可能となる。

本発明に係るコンクリート充填鋼管造の既存柱の補強構造を示す図である。 本発明に係るコンクリート充填鋼管造の既存柱の補強方法を示す図である。 本発明に係るコンクリート充填鋼管造の既存柱の補強方法の他の事例を示す図である。

符号の説明

１ 架構
２ 既設柱
３ 既設梁
４ フーチング
５ 取り合い部
６ 本体部
７ 基礎梁
８ 鉄筋コンクリート
９ 鉄筋かご
１０ 連結鉄筋
１１ 帯筋
１２ コンクリート
１３ 塞ぎ板
１４ 補強板
１５ 継ぎ手部材
１６ サイドプレート
１７ スタッド

Claims (4)

1. コンクリート充填鋼管造よりなる既設柱の補強構造であって、
   前記既設柱の本体部が、鋼板よりなる補強板を巻き立てつつ内方にコンクリートを充填して補強され、また、既設梁との取り合い部が、隣り合う既設梁間に前記既設梁の梁成と同様の高さを有する鋼板よりなる塞ぎ板を架け渡し内方にコンクリートを充填して補強され、さらに、既設柱脚部に形成されているフーチングが、鉄筋コンクリートを巻き立てて補強されており、
   前記既設梁との取り合い部の外周面近傍には、これを囲うように所定の離間間隔をもって鉛直状に延在し、両端部を既設梁の上下フランジ面より上方及び下方に各々突出させた連結鉄筋が、前記塞ぎ板との間に配置されるとともに、
   前記本体部の外周面近傍には、前記取り合い部に配置された連結鉄筋の端部及び前記フーチングを巻き立てる鉄筋コンクリートを構成し鉛直方向に延在する連結鉄筋の上端部が、前記補強板との間に配置されることを特徴とする既設柱の補強構造。
2. 請求項１に記載の既設柱の補強構造において、
   前記取り合い部に当接する既設梁の端部近傍に、鋼板よりなるサイドプレートがフランジ幅を拡げるように固着手段を介して固着されることを特徴とする既設柱の補強構造。
3. コンクリート充填鋼管造よりなる既設柱の補強方法であって、
   柱脚部に形成されているフーチングを囲うように鉄筋かごを配置し、該鉄筋かごを構成し鉛直状に延在する連結鉄筋の上端部をフーチングの天端面より上方に突出させた状態で、フーチングの天端高さまで前記鉄筋かごを埋設するようにコンクリートを充填する第１の工程と、
   前記既設柱の本体部と同様の部材長を有する鋼板よりなる複数の補強板を、前記連結鉄筋の上端部を内包しつつ前記本体部を囲うように配置し、隣り合う側端部どうしを接合手段を介して接合する第２の工程と、
   前記既設梁の梁成と同様の部材長を有する鋼板よりなる複数の塞ぎ板を、取り合い部を塞ぐよう隣り合う既設梁間に架け渡して配置した後、鉛直状に延在する複数の連結鉄筋を、前記塞ぎ板の内方で取り合い部を囲うように配置し、両端部が既設梁の上下フランジ面の上方及び下方に各々突出する高さ位置まで吊り込む第３の工程と、
   前記塞ぎ板及び補強板に囲まれた内方にコンクリートを充填する第４の工程よりなることを特徴とする既設柱の補強方法。
4. 請求項３に記載の既設柱の補強方法において、
   第２の工程で、前記補強板の隣り合う側端部どうしの接合手段にかみ合わせ継ぎ手が用いられており、
   該かみ合わせ継ぎ手が、前記補強板の隣り合う側端部各々に、対向面にノコ歯が形成された対をなす継ぎ手部材を配置して、対向面のノコ歯どうしをかみ合わせて形成されることを特徴とする既設柱の補強方法。
   
   

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