JP2593277B2 - 免震装置 - Google Patents
免震装置Info
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- Japan
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- building structure
- steel rod
- steel
- isolation device
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- Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)
- Vibration Prevention Devices (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、建築構造物とこの構
造物を載せる基礎との間に配置して、地震による基礎か
らの振動を直接構造物へ伝達させないための緩衝材とし
ての役目をもった免震装置に関するものである。
造物を載せる基礎との間に配置して、地震による基礎か
らの振動を直接構造物へ伝達させないための緩衝材とし
ての役目をもった免震装置に関するものである。
【0002】従来、この種の免震装置としては、建築構
造物とこの建築構造物を載置する基礎との間に、該建築
構造物を支えるとともにこれに対する水平地震力を緩和
する弾性体と、一端を建築構造物に係合させ他端を基礎
に固定して該建築構造物に対する水平地震力を緩和する
一定断面積になる鋼棒とを併設した特開昭60-223576号
公報で提案されているような構造のものが知られてい
る。
造物とこの建築構造物を載置する基礎との間に、該建築
構造物を支えるとともにこれに対する水平地震力を緩和
する弾性体と、一端を建築構造物に係合させ他端を基礎
に固定して該建築構造物に対する水平地震力を緩和する
一定断面積になる鋼棒とを併設した特開昭60-223576号
公報で提案されているような構造のものが知られてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な形式になる免震装置においては次に述べるような問題
があった。
な形式になる免震装置においては次に述べるような問題
があった。
【0004】すなわち、装置を構成する鋼棒には、地震
時に生じる曲げモーメントの分布に対応して鋼棒の軸方
向のほぼ中央部域に高い応力が発生し、その結果、鋼棒
全体ではなくその中央部域にのみ集中的に大きな弾性歪
み、ひいては塑性歪みが生じることとなり、このような
歪みの発生は、鋼棒が弾塑性変形することによって地震
の際のエネルギを吸収できる範囲を比較的狭くし (エネ
ルギを吸収できる範囲が鋼棒の中央部における剛性、耐
力等によって制限される) 、小規模な地震から大規模な
地震までの幅広い対応を困難にしていた。
時に生じる曲げモーメントの分布に対応して鋼棒の軸方
向のほぼ中央部域に高い応力が発生し、その結果、鋼棒
全体ではなくその中央部域にのみ集中的に大きな弾性歪
み、ひいては塑性歪みが生じることとなり、このような
歪みの発生は、鋼棒が弾塑性変形することによって地震
の際のエネルギを吸収できる範囲を比較的狭くし (エネ
ルギを吸収できる範囲が鋼棒の中央部における剛性、耐
力等によって制限される) 、小規模な地震から大規模な
地震までの幅広い対応を困難にしていた。
【0005】このため、一般的には、発生頻度の高い地
震に対してエネルギの吸収作用を効果的に発揮させるべ
く各規模に応じた一定の断面になる鋼棒が設計されては
いるが、設計の時点で予想されるような地震よりも大き
な地震が発生した場合には鋼棒の変形が追従できずに破
損してしまうそれがあり、有効な手立てとは言えないの
が現状であった。
震に対してエネルギの吸収作用を効果的に発揮させるべ
く各規模に応じた一定の断面になる鋼棒が設計されては
いるが、設計の時点で予想されるような地震よりも大き
な地震が発生した場合には鋼棒の変形が追従できずに破
損してしまうそれがあり、有効な手立てとは言えないの
が現状であった。
【0006】ここに、大きな地震力の作用に伴い基礎と
建築構造物との間に大きな相対移動が生じることを考慮
して、この相対移動量に見合った大きな許容変形量を鋼
棒に付与すべく鋼棒の長さを長くすることも考えられる
が、このような手法では、鋼棒の弾性変形域が広がって
しまって中小規模の範囲における地震では弾性変形のみ
生じて充分な地震エネルギの吸収能力を得ることができ
ない。
建築構造物との間に大きな相対移動が生じることを考慮
して、この相対移動量に見合った大きな許容変形量を鋼
棒に付与すべく鋼棒の長さを長くすることも考えられる
が、このような手法では、鋼棒の弾性変形域が広がって
しまって中小規模の範囲における地震では弾性変形のみ
生じて充分な地震エネルギの吸収能力を得ることができ
ない。
【0007】この点に関して発明者等は先に特開平4−
52385 号公報にて、鋼棒に改良を加えた免震装置を提案
した。
52385 号公報にて、鋼棒に改良を加えた免震装置を提案
した。
【0008】上記の公報に開示の装置は、鋼棒に変態誘
起塑性を有する鋼材を用い、地震の際に生じる曲げモー
メントによって鋼棒の中央部域に集中していた塑性歪み
を順次その他の部分に移動させ鋼棒の全長にわたって歪
みを均一化しようとするものである。
起塑性を有する鋼材を用い、地震の際に生じる曲げモー
メントによって鋼棒の中央部域に集中していた塑性歪み
を順次その他の部分に移動させ鋼棒の全長にわたって歪
みを均一化しようとするものである。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の免震
装置では鋼棒が高合金組成であるため高価であり、また
歪みが均一化されすぎるため却って鋼棒の曲がり(曲
率)が大きくなりすぎ、鋼棒の取付部分に無理な力が加
わる場合があることが明らかとなった。
装置では鋼棒が高合金組成であるため高価であり、また
歪みが均一化されすぎるため却って鋼棒の曲がり(曲
率)が大きくなりすぎ、鋼棒の取付部分に無理な力が加
わる場合があることが明らかとなった。
【0010】この発明は上述した問題点に鑑みてなされ
たものであって、その目的は規模の小さい地震から大き
い地震まで幅広い範囲にわたって対応できる免震装置を
提案するところにある。
たものであって、その目的は規模の小さい地震から大き
い地震まで幅広い範囲にわたって対応できる免震装置を
提案するところにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明は、建築構造物
とこの建築構造物を載置する基礎との間に、該建築構造
物を支えるとともにこれに対する水平地震力を緩和する
弾性体と、一端を建築構造物に連結し他端を基礎に固定
して該建築構造物に対する水平地震力を吸収する鋼棒と
を併設した免震装置において、上記鋼棒は、降伏強さが
20〜35kgf/mm2,引張強さが35〜50kgf/mm2,伸びが20%以
上, 軸方向全歪み振幅5%における低サイクル疲労破断
回数が30回以上であり、かつその固定側に建築構造物へ
向けて先細りになるテーパー部を有することを特徴とす
る免震装置である。
とこの建築構造物を載置する基礎との間に、該建築構造
物を支えるとともにこれに対する水平地震力を緩和する
弾性体と、一端を建築構造物に連結し他端を基礎に固定
して該建築構造物に対する水平地震力を吸収する鋼棒と
を併設した免震装置において、上記鋼棒は、降伏強さが
20〜35kgf/mm2,引張強さが35〜50kgf/mm2,伸びが20%以
上, 軸方向全歪み振幅5%における低サイクル疲労破断
回数が30回以上であり、かつその固定側に建築構造物へ
向けて先細りになるテーパー部を有することを特徴とす
る免震装置である。
【0012】
【作用】以下、この発明で規定する構成要件につき詳細
に説明する。
に説明する。
【0013】免震装置を構成する鋼棒には、前述のよう
に地震時に生じる曲げモーメントの分布に対応して応力
が発生し、その際の弾性歪み、ひいては塑性歪みによる
鋼棒の変形にて地震エネルギを吸収し建築構造物に対す
る水平地震力を緩和する。
に地震時に生じる曲げモーメントの分布に対応して応力
が発生し、その際の弾性歪み、ひいては塑性歪みによる
鋼棒の変形にて地震エネルギを吸収し建築構造物に対す
る水平地震力を緩和する。
【0014】このエネルギ吸収能は、鋼棒の降伏強さ、
あるいは繰返し変形(低サイクル疲労)を受けて破断に
至る回数、換言すれば鋼棒の伸びに依存するものであ
り、また、鋼棒の形状などによっても変化するものであ
る。
あるいは繰返し変形(低サイクル疲労)を受けて破断に
至る回数、換言すれば鋼棒の伸びに依存するものであ
り、また、鋼棒の形状などによっても変化するものであ
る。
【0015】
【表1】 表1は、図1に示したような、載荷用治具1 (建築構造
物に相当する部分) と鋼棒取付け部材2( 基礎に相当す
る部分) および鋼棒を載荷用治具1に連結する軸受3か
らなる実験装置を用いて、種々の機械的性質になる鋼棒
(A〜G鋼, 直径 5.5mm,L:50mm) をそれぞれ水平方
向に最大−40mm〜+40mmの範囲で変位させて破断に至る
までの回数および累積エネルギ吸収量を測定した結果を
示したものである。
物に相当する部分) と鋼棒取付け部材2( 基礎に相当す
る部分) および鋼棒を載荷用治具1に連結する軸受3か
らなる実験装置を用いて、種々の機械的性質になる鋼棒
(A〜G鋼, 直径 5.5mm,L:50mm) をそれぞれ水平方
向に最大−40mm〜+40mmの範囲で変位させて破断に至る
までの回数および累積エネルギ吸収量を測定した結果を
示したものである。
【0016】鋼棒の変形過程における同一繰返し数 (15
回) でのエネルギ吸収量は降伏強さの高いC,D, G鋼
が、降伏強さの低いA, B, E, F鋼よりも高いが、鋼
棒の伸びが小さいために破断回数が低く累積エネルギ吸
収量も低い。
回) でのエネルギ吸収量は降伏強さの高いC,D, G鋼
が、降伏強さの低いA, B, E, F鋼よりも高いが、鋼
棒の伸びが小さいために破断回数が低く累積エネルギ吸
収量も低い。
【0017】一方、A, B, E, F鋼については変形途
中のエネルギ吸収量はB,E,F鋼のほうが明らかに高
く、破断回数はいく分A鋼が高いものの、累積エネルギ
吸収量はB,E,F鋼がA鋼よりもかなり高くなってい
る。
中のエネルギ吸収量はB,E,F鋼のほうが明らかに高
く、破断回数はいく分A鋼が高いものの、累積エネルギ
吸収量はB,E,F鋼がA鋼よりもかなり高くなってい
る。
【0018】この発明では、上記の実験結果に基づき、
鋼棒における破断回数、累積吸収エネルギ量とも高くす
るために、降伏強さについては20〜35kgf/mm2 、伸びに
ついては20%以上のものを使用することとした。
鋼棒における破断回数、累積吸収エネルギ量とも高くす
るために、降伏強さについては20〜35kgf/mm2 、伸びに
ついては20%以上のものを使用することとした。
【0019】鋼棒の引張強さについては上記の降伏強さ
に対応させ、かつ、低降伏比を考慮して35〜50kgf/mm2
の範囲に限定した。
に対応させ、かつ、低降伏比を考慮して35〜50kgf/mm2
の範囲に限定した。
【0020】また、免震装置に適用する鋼棒は、低サイ
クル疲労破断特性 (水平方向に変位を与えた低サイクル
繰返し曲げ特性) も高い必要がある。
クル疲労破断特性 (水平方向に変位を与えた低サイクル
繰返し曲げ特性) も高い必要がある。
【0021】この点に関しては、実際の建築構造物に適
用する実部材についてその都度に把握していくことは極
めて大きな労力と費用を要する。このためこの発明で
は、低サイクル疲労特性を、鋼棒の軸方向全歪み振幅5
%における低サイクル疲労破断(引張−圧縮型低サイク
ル疲労破断) 回数に換えてこれによる破断回数が30回以
上になるものを用いることにした。
用する実部材についてその都度に把握していくことは極
めて大きな労力と費用を要する。このためこの発明で
は、低サイクル疲労特性を、鋼棒の軸方向全歪み振幅5
%における低サイクル疲労破断(引張−圧縮型低サイク
ル疲労破断) 回数に換えてこれによる破断回数が30回以
上になるものを用いることにした。
【0022】図2は、実部材に対して水平方向に±25mm
の変位振幅量を付与した場合における破断回数と、軸方
向に5%の全歪み振幅 (弾性, 塑性域を含む) を付与し
た場合にける破断回数の関係を示したものである。とく
に軸方向全歪み振幅5%における低サイクル疲労破断回
数が30回を越えると実部材の破断回数 (水平方向に変位
を与えた低サイクル繰返し曲げ特性) は高位で安定する
関係にあることが明らかであり、このためこの発明では
軸方向全歪み振幅5%における破断回数にして30回以上
のものを用いることとした。
の変位振幅量を付与した場合における破断回数と、軸方
向に5%の全歪み振幅 (弾性, 塑性域を含む) を付与し
た場合にける破断回数の関係を示したものである。とく
に軸方向全歪み振幅5%における低サイクル疲労破断回
数が30回を越えると実部材の破断回数 (水平方向に変位
を与えた低サイクル繰返し曲げ特性) は高位で安定する
関係にあることが明らかであり、このためこの発明では
軸方向全歪み振幅5%における破断回数にして30回以上
のものを用いることとした。
【0023】この他、この発明に適合する鋼棒は、鋼棒
の固定側 (基礎側) に建築構造物に向けて先細りになる
テーパ部を有することが不可欠である。その理由は、地
震の際に生じるモーメント分布に対応して鋼棒に応力が
発生し、その際の弾性歪みひいては塑性歪みが鋼棒に局
部的に集中した場合に規模の大きな地震では簡単に破損
してしまうおそれがあるからであり、このような鋼棒の
破損を防止するためにテーパ部を設けることとした。
の固定側 (基礎側) に建築構造物に向けて先細りになる
テーパ部を有することが不可欠である。その理由は、地
震の際に生じるモーメント分布に対応して鋼棒に応力が
発生し、その際の弾性歪みひいては塑性歪みが鋼棒に局
部的に集中した場合に規模の大きな地震では簡単に破損
してしまうおそれがあるからであり、このような鋼棒の
破損を防止するためにテーパ部を設けることとした。
【0024】表2に、上掲図1に示した装置を用いて鋼
棒の固定側の端からその中央部に至るまでの領域におい
てテーパ(固定側の端における鋼棒の径を1とした場合
においてその中央部の径を0.85に設定) を設けた場合に
おける鋼棒 (表1中のB鋼)の特性 (水平方向に変位さ
せた場合における破断回数, 累積エネルギ吸収量) を調
査した結果を示す。
棒の固定側の端からその中央部に至るまでの領域におい
てテーパ(固定側の端における鋼棒の径を1とした場合
においてその中央部の径を0.85に設定) を設けた場合に
おける鋼棒 (表1中のB鋼)の特性 (水平方向に変位さ
せた場合における破断回数, 累積エネルギ吸収量) を調
査した結果を示す。
【0025】
【表2】
【0026】テーパ部を有する鋼棒は、全長にわたって
同一径になる鋼棒にくらべ破断回数および累積エネルギ
吸収量ともに向上していているのが明らかである。これ
は、径の同一な鋼棒は固定側での歪みが最も大きくな
り、テーパ部を有する鋼棒は歪みが一様の分布となり、
かつ歪みの最大値も各変位レベルでかなり軽減されるこ
とによると考えられる。
同一径になる鋼棒にくらべ破断回数および累積エネルギ
吸収量ともに向上していているのが明らかである。これ
は、径の同一な鋼棒は固定側での歪みが最も大きくな
り、テーパ部を有する鋼棒は歪みが一様の分布となり、
かつ歪みの最大値も各変位レベルでかなり軽減されるこ
とによると考えられる。
【0027】テーパの度合いについては、固定側の径を
d、中央部における径をd1 とした場合において、d1
/d=0.7 〜0.9 の範囲とするのが好適である。
d、中央部における径をd1 とした場合において、d1
/d=0.7 〜0.9 の範囲とするのが好適である。
【0028】また、この発明では鋼棒の靱性が要求され
るので、不純物元素のPおよびSは0.015 %以下が好ま
しく、さらに結晶粒の微細化、歪時効脆化、歪時効脆化
制御の観点からAl(0.005〜 0.050%) を添加しN(50ppm
以下) 含有量を低減した組成になる鋼棒が有利に適合す
る。また、鋼棒の断面形状については、地震は方向性が
ないことから円形断面のものが特に有利であるが、工夫
することによりH形鋼等任意の形状であっても本装置が
適用できるのは言うまでもない。
るので、不純物元素のPおよびSは0.015 %以下が好ま
しく、さらに結晶粒の微細化、歪時効脆化、歪時効脆化
制御の観点からAl(0.005〜 0.050%) を添加しN(50ppm
以下) 含有量を低減した組成になる鋼棒が有利に適合す
る。また、鋼棒の断面形状については、地震は方向性が
ないことから円形断面のものが特に有利であるが、工夫
することによりH形鋼等任意の形状であっても本装置が
適用できるのは言うまでもない。
【0029】
【実施例】図3にこの発明に従う免震装置の一例を示
す。図中4は建築構造物であって、この建築構造物4は
建築物4aとこの建築物4aに一体連結したダンパー受
架台4bとの組合せになる。また、5は建築構造物4を
載置する基礎、6は建築構造物1を支え、かつ、これに
対する水平地震力を緩和する弾性体であって、この弾性
体6は、例えばネオプレンゴム等よりなる平板状の弾性
シート6aとこれと同一形状になる金属製のシート6b
とを接着剤を介在させて交互に積層しその両端にエンド
プレート6cを配置した構造になるものが適用される。
また、7は建築構造物4に対する水平地震力を吸収する
鋼棒(降伏強さ:20〜35kgf/mm2 , 引張強さ:35〜50kg
f/mm2 , 伸び:20%以上, 軸方向全歪み振幅5%におけ
る低サイクル疲労破断回数:30回以上, 固定側の端から
その中央部にかけてテーパー部を有するもの) であっ
て、この鋼棒7の一端は球面すべり軸受8(球面部材8
aとこの部材8aを保持する受け部材8bからなる)を
介して建築構造物4に連結される一方、他端は基礎5に
埋設固定される。
す。図中4は建築構造物であって、この建築構造物4は
建築物4aとこの建築物4aに一体連結したダンパー受
架台4bとの組合せになる。また、5は建築構造物4を
載置する基礎、6は建築構造物1を支え、かつ、これに
対する水平地震力を緩和する弾性体であって、この弾性
体6は、例えばネオプレンゴム等よりなる平板状の弾性
シート6aとこれと同一形状になる金属製のシート6b
とを接着剤を介在させて交互に積層しその両端にエンド
プレート6cを配置した構造になるものが適用される。
また、7は建築構造物4に対する水平地震力を吸収する
鋼棒(降伏強さ:20〜35kgf/mm2 , 引張強さ:35〜50kg
f/mm2 , 伸び:20%以上, 軸方向全歪み振幅5%におけ
る低サイクル疲労破断回数:30回以上, 固定側の端から
その中央部にかけてテーパー部を有するもの) であっ
て、この鋼棒7の一端は球面すべり軸受8(球面部材8
aとこの部材8aを保持する受け部材8bからなる)を
介して建築構造物4に連結される一方、他端は基礎5に
埋設固定される。
【0030】この発明では、建築物4と基礎5との間に
上記の如き構成になる弾性体6および鋼棒7を併設した
免震装置を設置することによって中小規模から大規模な
地震まで幅広くダンパとして機能させることができる。
上記の如き構成になる弾性体6および鋼棒7を併設した
免震装置を設置することによって中小規模から大規模な
地震まで幅広くダンパとして機能させることができる。
【0031】
【発明の効果】かくしてこの発明によれば、地震の際に
軸方向に沿って生じる鋼棒の応力分布をその全長にわた
って均一化することが可能で、その結果、鋼棒の一部分
にとくに大きな弾塑性歪みが発生するのが避けられ、地
震に対し有効なエネルギ吸収作用を発揮させることがで
き、従って中小規模から大規模地震に至る広範囲にわた
ってダンパとして機能することになる。また、この発明
によれば、鋼棒の破損頻度も少なく経済的なメリットも
ある。
軸方向に沿って生じる鋼棒の応力分布をその全長にわた
って均一化することが可能で、その結果、鋼棒の一部分
にとくに大きな弾塑性歪みが発生するのが避けられ、地
震に対し有効なエネルギ吸収作用を発揮させることがで
き、従って中小規模から大規模地震に至る広範囲にわた
ってダンパとして機能することになる。また、この発明
によれば、鋼棒の破損頻度も少なく経済的なメリットも
ある。
【図1】実験に用いた装置の構成を示した図である。
【図2】水平変位量25mmとした場合における低サイクル
疲労破断回数と軸方向全歪み振幅5%における低サイク
ル疲労破断回数の関係を示したグラフである。
疲労破断回数と軸方向全歪み振幅5%における低サイク
ル疲労破断回数の関係を示したグラフである。
【図3】この発明に従う免震装置の一例を示した図であ
る。
る。
1 載荷用治具 2 鋼棒取付部材 3 軸受 4 建築構造物 5 基礎 6 弾性体 7 鋼棒 8 球面すべり軸受
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 000206211 大成建設株式会社 東京都新宿区西新宿一丁目25番1号 (73)特許権者 000003621 株式会社竹中工務店 大阪府大阪市中央区本町4丁目1番13号 (73)特許権者 000000549 株式会社大林組 大阪府大阪市中央区北浜東4番33号 (72)発明者 渡部 征男 東京都千代田区大手町1丁目6番1号 日本原子力発電株式会社内 (72)発明者 藤田 利夫 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎 製鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者 天野 虔一 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎 製鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者 上田 修三 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎 製鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者 松本 重人 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎 製鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者 戸村 英正 東京都千代田区神田司町2丁目3番地 株式会社 大林組東京本社内 (72)発明者 白浜 健二 東京都千代田区神田司町2丁目3番地 株式会社 大林組東京本社内 (72)発明者 福島 泰明 東京都港区元赤坂1丁目2番7号 鹿島 建設株式会社内 (72)発明者 須原 淳二 東京都港区芝浦1丁目2番3号 清水建 設株式会社内 (72)発明者 小山 実 東京都新宿区西新宿1丁目25番1号 大 成建設株式会社内 (72)発明者 米田 玄次 東京都中央区銀座8丁目21番1号 株式 会社 竹中工務店東京本店内
Claims (1)
- 【請求項1】 建築構造物とこの建築構造物を載置する
基礎との間に、該建築構造物を支えるとともにこれに対
する水平地震力を緩和する弾性体と、一端を建築構造物
に連結し他端を基礎に固定して該建築構造物に対する水
平地震力を吸収する鋼棒とを併設した免震装置におい
て、 上記鋼棒は、降伏強さが20〜35kgf/mm2,引張強さが35〜
50kgf/mm2,伸びが20%以上, 軸方向全歪み振幅5%にお
ける低サイクル疲労破断回数が30回以上であり、かつそ
の固定側に建築構造物へ向けて先細りになるテーパー部
を有することを特徴とする免震装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30253092A JP2593277B2 (ja) | 1992-11-12 | 1992-11-12 | 免震装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30253092A JP2593277B2 (ja) | 1992-11-12 | 1992-11-12 | 免震装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06146651A JPH06146651A (ja) | 1994-05-27 |
JP2593277B2 true JP2593277B2 (ja) | 1997-03-26 |
Family
ID=17910078
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30253092A Expired - Fee Related JP2593277B2 (ja) | 1992-11-12 | 1992-11-12 | 免震装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2593277B2 (ja) |
-
1992
- 1992-11-12 JP JP30253092A patent/JP2593277B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06146651A (ja) | 1994-05-27 |
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