JP6755629B2 - 一面せん断試験装置及び方法 - Google Patents
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Description
せん断強度を求めるための従来の試験装置では、使用される供試体は、例えば直径6cm程度の小さいサイズである。
しかし、連続繊維補強土工法で用いられる吹付け材には長尺の繊維(連続繊維)が混合しているので、連続繊維と混合した吹付材の一面せん断試験を行うには、少なくとも30cm四方の供試体を用いないと、連続繊維(糸)が均一に混合しない。換言すれば、供試体中で連続繊維が均一に混合した状態とするには、少なくとも900cm2以上(30cm四方以上)の供試体を用いる必要がある。
また、現場で一面せん断試験を行う際には現場の機械を用いて供試体を作成するが、現場の機械は比較的サイズが大きいので、供試体のサイズが30cm四方でないと(供試体の)作成が困難であるという事情も存在する。
そのため、従来技術における30cm四方の供試体を用いる一面せん断試験装置は、施工現場まで搬送するのが困難であり、現場で供試体を採取して、一面せん断試験装置の設置個所(作業現場から遠隔地)まで搬送しているのが現状である。
そのため、供試体を従来の(30cm四方の供試体を用いる)一面せん断試験装置まで搬送せずに、施工現場で一面せん断試験を行いたいという要請が存在する。
これに加えて、連続繊維補強土工法を施工するに際して、工事の発注者サイドには、施工現場で一面せん断試験の結果を確認したいという要請がある。
これ等の理由により、施工現場で一面せん断試験を行いたいが、上述した様に、従来の大型の一面せん断試験装置は重過ぎて、搬送(特に、運搬車両への積み込み、積み降ろし)が困難であるため、施工現場に持って行くことは出来ない。
しかし、係る一面せん断試験装置は、連続繊維が混合している吹付け材で構成される30cm四方の供試体を用いるものではなく、施工現場へ容易に搬送するために提案されたものではない。
従来の連続繊維補強土は、擁壁形状タイプの施工(図2の領域R1で示す様な施工)、すなわち積みブロック工の代わりとして壁体を形成するタイプの施工が多く、その様な施工では連続繊維補強土の吹付厚さ(T1)が厚くなるため、単位面積当たりの連続繊維補強土の荷重が大きい。そのため、一面せん断試験装置で用いられる30cm四方の供試体に対して、100〜200kN/m2(約10〜20t)という大きな圧力をかけて、図1の近似直線を決定することが、現実の施工される状態と合致していた。
そのため、図1で示す特性図において、30cm四方の供試体に対して100〜200kN/m2(約10〜20t)の圧力が付加するのに対応する施工領域は、法面保護タイプの施工では存在しない。換言すれば、法面保護タイプの施工が主流となった現在では、100〜200kN/m2(約10〜20t)に相当する垂直応力σの領域においては、図1におけるプロット(最大せん断応力τのプロット)を求める必要が無い。
そのため、30cm四方の供試体に対して10〜50kN/m2(約1〜5t)の圧力を掛けて図1のプロットを求め、その様なプロット(10〜50kN/m2の垂直応力σに相当する最大せん断応力τのプロット)から図1で示す近似直線を正確に決定することが出来て、垂直応力σが「0」における「連続繊維補強土の粘着力」を正確に決定することが出来ることを、発明者は見出した。
換言すれば、供試体を上方から押圧する力が小さくて、垂直応力σの数値が小さくても、図1の近似直線が正確に求めることを、発明者は見出した。
断面積(せん断面積)が900cm2以上であって連続繊維補強土工で用いられる連続繊維を含む吹付材の供試体(2:例えば30cm四方の角柱形の供試体)を収容する型枠(1:内型枠)を有し、当該型枠(1:内型枠)は上部内型枠(1A)及び下部内型枠(1B)に二分割されており、
型枠(1)を収容する上部せん断箱(8A)及び下部せん断箱(8B)を有し、上部せん断箱(8A)及び下部せん断箱(8B)は全体がコ字状に形成され、
垂直荷重反力板(11)に取り付けられ、型枠(1:内型枠)内の供試体(2)に垂直荷重を付加する第1の加圧装置(3:垂直荷重用油圧ジャッキ)と、
せん断荷重反力板(12)に取り付けられ、上部内型枠(1A)のみにせん断荷重を付加する第2の加圧装置(4:手動油圧ジャッキ)と、
第2の加圧装置(4:手動油圧ジャッキ)による供試体(2)のせん断変位量を計測するせん断変位量計測装置(5:デジタルノギス)と、
第2の加圧装置(4:手動油圧ジャッキ)による供試体(2)のせん断応力を計測するせん断応力計測装置(6:せん断応力用圧力ゲージ)を有し、
第1の加圧装置(3)を取り付けている垂直荷重反力板(11)と、第2の加圧装置(4)を取り付けているせん断荷重反力板(12)は、下部せん断箱(8B)に固定されていることを特徴としている。
断面積(せん断面積)が900cm2以上であって連続繊維補強土工で用いられる連続繊維を含む吹付材の供試体(2:例えば30cm四方の角柱形の供試体)を、上部内型枠(1A)及び下部内型枠(1B)に分割可能であるが連結されている型枠(1:内型枠)に収容する工程と、
(例えば、前記型枠1の連結ボルト7を取り外して)前記型枠(1)の連結を解除して全体がコ字状の上部内型枠(1A)及び下部内型枠(1B)に分割可能な状態とする工程を含み、
型枠(1)を収容する上部せん断箱(8A)及び下部せん断箱(8B)を有し、上部せん断箱(8A)及び下部せん断箱(8B)は全体がコ字状に形成され、下部内型枠(1B)には垂直荷重反力板(11)及びせん断荷重反力板(12)が固定されており、
垂直荷重反力板(11)に取り付けられた第1の加圧装置(3:垂直荷重用油圧ジャッキ)により上部内型枠(1A)及び下部内型枠(1B)内の供試体(2)に垂直荷重を付加する工程と、
せん断荷重反力板(12)に取り付けられた第2の加圧装置(4:手動油圧ジャッキ)により上部内型枠(1A)のみにせん断荷重を付加する工程と、
せん断変位量計測装置(5:デジタルノギス)により、第2の加圧装置(4:手動油圧ジャッキ)で加圧したことによる供試体(2)のせん断変位量を計測する工程と、
せん断応力計測装置(6:せん断応力用圧力ゲージ)により、第2の加圧装置(4:手動油圧ジャッキ)で加圧することによる供試体(2)のせん断応力を計測する工程、
を有することを特徴としている。
本発明の一面せん断試験方法は作業者により(人手により)行うことが出来るが、自動制御で行うことも可能である。
また本発明によれば、例えば、30cm四方の供試体(2)に対して10〜50kN/m2(約1〜5t)の圧力に相当する垂直応力σの範囲における最大せん断応力τを求めれば良く、そのため、一面せん断試験装置(100)を従来技術の様な巨大な重量物とする必要が無く、全体が軽量且つコンパクトに構成され、容易に施工現場へ搬送することが出来る。
そして、連続繊維補強土工法を施工する作業する現場で一面せん断試験を行えば、補強土で構成される供試体(2)を作業現場から運搬する必要が無い。そのため、崩れ易い供試体の搬送作業に係る労力を解消することが出来る。
図3において、全体を符号100で示す一面せん断試験装置は、内型枠1(型枠)、上部せん断箱8A(上部外型枠)、下部せん断箱8B(下部外型枠)、垂直荷重用油圧ジャッキ3(第1の加圧装置)、手動油圧ジャッキ4(第2の加圧装置)を有している。図3では明示されていないが、内型枠1は上下に二分割されており、上部内型枠1A及び下部内型枠1B(図5、図6参照)で構成されている。図3では下部内型枠1Bは死角に位置しているため、図示されていない
内型枠1(上部内型枠1A、下部内型枠1B)には、連続繊維を含み且つ断面積(せん断面積)が900cm2以上の供試体2(例えば30cm四方の供試体)が収容される。図5を参照して詳述するが、上部内型枠1Aと下部内型枠1Bは、供試体2が収容される工程までは連結ボルト7(図5)により一体化されているが、一面せん断試験の際には連結ボルト7が解除され、上部内型枠1Aと下部内型枠1Bは2分割される。
図5において、上部内型枠1Aの上面側と下面側は開放され、下部内型枠1Bの上面側は開放され下面側は閉鎖されている。そして、上部内型枠1Aと下部内型枠1Bの間には仕切はなく、上部内型枠1Aと下部内型枠1Bにより供試体2を収容するための空間が一体的に構成されている。
上部せん断箱8Aと下部せん断箱8Bは、共に概略コ字状の板状部材であり、その上面側、下面側、手動油圧ジャッキ4が配置されているのとは反対側の側面(図3で左側)が開放されている。そして上部せん断箱8Aは、手動油圧ジャッキ4により加圧(図3の矢印FH方向に加圧)されると、下部せん断箱8B上を矢印FH方向に移動可能に構成されている。
図3において、符号13はローラ機構を示し、ローラ機構13は下部せん断箱8Bに設けられて、上部せん断箱8Aが加圧方向(せん断方向)へ移動する際の抵抗を低減する機能を奏する。
垂直荷重用油圧ジャッキ3は、垂直荷重加圧板10を下方に押圧する機能を有し、油圧ポンプと一体に構成され、且つ、商用電源からの電力供給が不要なタイプの油圧ジャッキである。垂直荷重用油圧ジャッキ3としては、公知、市販の油圧ジャッキを用いることが出来る。上述した様に、法面保護タイプの施工が主流となった近年では、垂直応力σ(図1)としては、10〜50kN/m2(約1〜5t)に相当する範囲で付加される。そのため、垂直荷重用油圧ジャッキ3として、1〜5t程度の押圧力を有する一般的な油圧ジャッキが適用可能なのである。
一面せん断試験装置100を組み立てる際に、せん断荷重反力板12と手動油圧ジャッキ4の取り付けは、上部せん断箱8Aの下部せん断箱8B上への設置と、供試体2のせん断箱8A、8B内への収容の以前に行われる。
手動油圧ジャッキ4は駆動源であるポンプ15と接続されており、ポンプ15にはせん断応力計測装置6(せん断応力用圧力ゲージ)が設けられている。せん断応力計測装置6(せん断応力用圧力ゲージ)は、ポンプ15のポンプ圧に基づいて供試体2のせん断応力を計測する機能を有している。そして手動油圧ジャッキ4に近接して、供試体2のせん断変位量を計測するせん断変位量計測装置5(デジタルノギス:図8参照:図3では図示せず)が配置されている。
一方、上部せん断箱8Aの開放側面(手動油圧ジャッキ4が配置される側と反対側の側面:図3で左側面)は開放されたままであり、上部せん断箱8Aに収容された供試体2の部分はせん断方向に移動可能である。なお、上部せん断箱8Aの開放側面には、上部内型枠1Aの側面が存在している。
供試体2を収容した内型枠1の上部内型枠1Aと下部内型枠1Bは、それぞれ、上部せん断箱8A、下部せん断箱8Bに収容されている。そして一面せん断試験時には、上部内型枠1A、下部内型枠1Bの連結ボルト7が取り外され、手動油圧ジャッキ4により上部内型枠1Aの供試体2のみが加圧され、加圧された上部内型枠1Aの供試体2が加圧方向にせん断変位を生じる。一方、下部内型枠1Bの供試体2は押さえ板14によりせん断変位が抑止される。
供試体2に垂直荷重FVが付加された状態で、上部内型枠1Aに収容されている供試体2の部分は、手動油圧ジャッキ4(第2の加圧装置)によりせん断方向に加圧される(矢印FH)。
内型枠1は、軽量化のためパンチングメタル構造となっている。ただし、手動油圧ジャッキ4により加圧される面1AP(部内型枠1Aの加圧方向面)は、パンチングメタル構造ではなく、板状に構成されている。
ここで、従来の一面せん断試験装置(巨大な重量物なので、作業現場に運搬困難の試験装置)を用いる場合には、供試体が崩れることを防止するため、供試体収容用の箱(図示せず)を用意し、その中に供試体を収容して、重量物である一面せん断試験装置の設置場所に搬送していた。そして、重量物である一面せん断試験装置設置場所において、供試体収容用箱から供試体を取り出し、試験装置内にセットしていた。
それに対して図示の実施形態に係る一面せん断試験装置100では、供試体2を収容した内型枠1が一面せん断試験装置100に組み込まれるので、供試体2を収容する箱を別途用意する必要が無く、一面せん断試験の際に、別途用意した箱から供試体2を取り出す作業も不要である。
そして、上部内型枠1Aを手動油圧ジャッキ4で押圧すれば、下部内型枠1Bは一面せん断試験装置100内で固定されているので、上部内型枠1Aの内部に存在する供試体2の部分だけ手動油圧ジャッキ4の押圧方向に変位して、上部内型枠1Aと下部内型枠1Bの境界である破線BLをせん断面として、せん断変位が発生する。
下部せん断箱8Bに固定されたせん断荷重反力板12には手動油圧ジャッキ4が配置され、手動油圧ジャッキ4はせん断荷重反力板12と共に上部せん断箱8Aを押圧する。
図3を参照して上述した様に、上部せん断箱8Aの上面側には垂直荷重加圧板10が設置されている。下部せん断箱8Bには押さえ板14(図3参照)が固定され、下部せん断箱8Bのせん断方向の移動を規制する。
図6において、破線BLは上部内型枠1Aと下部内型枠1Bの境界であり、供試体2のせん断面である。
垂直荷重用油圧ジャッキ3によって垂直荷重を付加する際には、垂直荷重用油圧ジャッキ3のシリンダ3C先端の支持部3Bを垂直荷重反力板11に当接し、加圧部3Aにより垂直荷重加圧板10を下方に押圧して(矢印FV)、供試体2に垂直応力を発生させる。
ここで垂直荷重反力板11は、供試体2へ垂直荷重が可能な限り均等に作用する様に、供試体2の中心ではなく、最大変位の中央値で供試体2の中心となる位置に取り付けられている。
図7において、符号9は垂直荷重用油圧ジャッキ3におけるポンプ圧から供試体2の垂直応力を計測する垂直応力計測装置(垂直応力用圧力ゲージ)であり、符号16は垂直荷重用油圧ジャッキ3の操作ロッドである。
図3を参照して説明した通り、下部せん断箱8Bにはせん断荷重反力板12が固定されており、せん断荷重反力板12と上部せん断箱8Aの側面との間には手動油圧ジャッキ4が配置されている。図8において、手動油圧ジャッキ4を下部せん断箱8Bへ固定する箇所は、図示を省略する。
図8で示す様に、手動油圧ジャッキ4におけるせん断荷重反力板12側端部(右側端部)の支持部4Bをせん断荷重反力板12に当接し、シリンダ4C先端の加圧部4Aを上部せん断箱8Aの側面に当接して、手動油圧ジャッキ4を伸長して上部せん断箱8Aの側面を押圧すると(矢印FH)、上部せん断箱8Aの内側に収容された供試体2の部分のみが矢印FH方向(図8の左方向)に加圧される。下部せん断箱8Bは押さえ板14により変位が抑止されているので、破線BLをせん断面として供試体2にせん断変位が発生し、せん断応力が発生する。
手動油圧ジャッキ4を稼働するポンプ15には、そのポンプ圧から供試体2のせん断応力を計測するせん断応力計測装置6(せん断応力用圧力ゲージ)が設けられている。
図8において、符号17はポンプ15から手動油圧ジャッキ3への圧油用パイプを示し、符号18はポンプ15の操作ロッドを示す。
内型枠1に収容された供試体2を垂直荷重用油圧ジャッキ3により加圧すると、供試体2には垂直応力σが発生する。この際、垂直応力用圧力ゲージ9により供試体2の垂直応力σが10kN/m2となる様に、垂直荷重用油圧ジャッキ3の加圧値を調整し(30cm四方の供試体であれば約1t)、当該加圧を継続する。
供試体2に垂直応力σ(=10kN/m2)が発生している状態で、手動油圧ジャッキ4により上部せん断箱8A(上部内型枠1A)の側面を加圧することにより、上部せん断箱8A(上部内型枠1A)の供試体2のみが加圧され、供試体2にせん断変位が発生し、せん断応力が発生する。
手動油圧ジャッキ4の加圧によるせん断応力をせん断応力用圧力ゲージ6(図8、図3)により計測し、供試体2を収容した上部せん断箱8A(上部内型枠1A)におけるせん断変位量をデジタルノギス5により計測すれば、図4で示す「変位量−せん断応力特性図」における一つのプロットを決定することが出来る。その際に、最大せん断応力τのプロットのみが、その時の垂直応力σ(=10kN/m2)と共に抽出され、図1の「最大せん断応力−垂直応力特性図」におけるプロットとなる。
そして、垂直応力σ=10kN/m2、30kN/m2、50kN/m2と、それに対応する最大せん断応力τを、図1の「最大せん断応力−垂直応力特性図」(図1)にプロットする。そして近似直線Aを求め、近似直線Aにおける垂直応力σがゼロにおける最大せん断応力τ(図1のB点の応力値)が、供試体2を構成する連続繊維補強土(吹付け材)の粘着力である。なお、近似直線Aを決定する手法としては、公知技術を適用すれば良い。
図9のステップS1では、連続繊維を含む吹付け材(連続繊維補強土工)で構成され、断面積(せん断面積)が900cm2(例えば30cm四方)以上の供試体2を内型枠1(上部内型枠1A、下部内型枠1B)に収容する。内型枠1は上下に二分割可能であるが、供試体2を収容する際には連結ボルト7により一体に連結されている
次に、供試体2が収容された内型枠1(上部内型枠1A、下部内型枠1B)を一面せん断試験装置100のせん断箱8(上部せん断箱8A、下部せん断箱8B)に収容し、連結ボルト7を取り外して上部内型枠1A、下部内型枠1Bを二分割可能な状態とする。
そしてステップS2に進む。
垂直荷重を付加する際には、供試体2の垂直応力σが、例えば10kN/m2〜50kN/m2の範囲になる様に、垂直応力用圧力ゲージ9により計測しつつ、垂直荷重用油圧ジャッキ3による加圧力を調整する。30cm四方の供試体2であれば、垂直荷重用油圧ジャッキ3による加圧力を、約1t〜5tの範囲で調整する。この場合、供試体2の垂直応力σを、例えば10kN/m2、30kN/m2、50kN/m2として、ステップS2の操作を繰り返す(σ=10kN/m2、30kN/m2、50kN/m2の3回)。
そしてステップS3に進む。
手動油圧ジャッキ4による加圧の際は、デジタルノギス5により供試体2のせん断変位量を計測しつつ、せん断応力用圧力ゲージ6により供試体2に作用するせん断応力を計測する。そしてステップS4に進む。
ステップS4において、供試体2のせん断変位量が40mm以上である場合(ステップS4が「Yes」)は、ステップS5に進む。一方、ステップS4において、供試体2のせん断変位量が40mmより小さい場合は(ステップS4が「No」)、ステップS3に戻り、以下、ステップS4が「No」のループを繰り返す。
上述した様に、図4に示す「変位量−せん断応力特性図」は、例えば、供試体2の垂直応力σ=10kN/m2、30kN/m2、50kN/m2のそれぞれの場合について、作成する。そして作成された「変位量−せん断応力特性図」(図4参照)から、最大せん断応力τを決定する。
ここで、せん断応力用圧力ゲージ6のホールド機能を利用すれば、「変位量−せん断応力特性図」を作成せずに、最大せん断応力τを決定することが出来る。
図10において、ステップS11では、一面せん断試験で決定した供試体2の垂直応力σと、それに対応する最大せん断応力τを、図1の「最大せん断応力−垂直応力特性図」にプロットする。例えば、σ=10kN/m2、30kN/m2、50kN/m2と、各々の場合の最大せん断応力τについて一面せん断試験で決定したのであれば、図1の特性図には3点がプロット出来る。
そしてステップS12に進む。
近似直線を決定したならば、ステップS13に進む。
ステップS13では、ステップS12で決定した近似直線Aにより、「最大せん断応力−垂直応力特性図」(図1)における垂直応力σ=0における最大せん断応力τ(図1のB点の最大せん断応力の値)を決定し、図1のB点の最大せん断応力を、(供試体2を構成する)連続繊維補強土の粘着力として決定する。
従来の大型の一面せん断試験装置には上述した様な不都合が存在する。しかし、施工現場における作業者にとっては、供試体の採取作業、一面せん断試験装置のある箇所まで供試体を搬送する作業の2種類のみを行えば、その他の作業は必要ではないというメリットが存在する。
そのため、図示の実施形態に係る一面せん断試験装置100を用いるメリット、従来の大型の一面せん断試験装置を用いるメリット及びデメリットを比較考慮して、従来の大型の一面せん断試験装置を用いて一面せん断試験を行うか、それとも、本発明の一面せん断試験装置100により施工現場で一面せん断試験を行うかが決定することが出来る。
また、30cm四方の供試体2に対して10〜50kN/m2(約1〜5t)の圧力に相当する垂直応力σの範囲における最大せん断応力τを求めれば良く、従来技術に比較して全体が軽量且つコンパクトに構成され、容易に施工現場へ搬送することが出来る。
そして、連続繊維補強土工法を施工する作業する現場で一面せん断試験を行えば、補強土で構成される供試体2を作業現場から運搬する必要が無く、崩れ易い供試体2の搬送作業に係る労力を解消することが出来る。
さらに、図示の実施形態の一面せん断試験装置100では、供試体2を収容した内型枠1が一面せん断試験装置100に組み込まれるので、供試体2を収容する箱を別途用意して、一面せん断試験の際に、別途用意した箱から供試体を取り出す作業が必要無くなく、作業が効率化する。
例えば、図示の実施形態では作業者により(人手により)一面せん断試験を行っているが、自動制御で一面せん断試験を実行することも可能である。
1A・・・上部内型枠
1B・・・下部内型枠
2・・・供試体
3・・・第1の加圧装置(垂直荷重用油圧ジャッキ)
4・・・第2の加圧装置(手動油圧ジャッキ)
5・・・せん断変位量計測装置(デジタルノギス)
6・・・せん断応力計測装置(せん断応力用圧力ゲージ)
7・・・連結ボルト
8・・・せん断箱(外型枠)
8A・・・上部せん断箱
8B・・・下部せん断箱
9・・・垂直応力用圧力ゲージ
100・・・一面せん断試験装置
Claims (2)
- 断面積が900cm2以上であって連続繊維補強土工で用いられる連続繊維を含む吹付材の供試体(2)を収容する型枠(1)を有し、当該型枠(1)は上部内型枠(1A)及び下部内型枠(1B)に二分割されており、
型枠(1)を収容する上部せん断箱(8A)及び下部せん断箱(8B)を有し、上部せん断箱(8A)及び下部せん断箱(8B)は全体がコ字状に形成され、
垂直荷重反力板(11)に取り付けられ、型枠(1)内の供試体(2)に垂直荷重を付加する第1の加圧装置(3)と、
せん断荷重反力板(12)に取り付けられ、上部内型枠(1A)のみにせん断荷重を付加する第2の加圧装置(4)と、
第2の加圧装置(4)による供試体(2)のせん断変位量を計測するせん断変位量計測装置(5)と、
第2の加圧装置(4)による供試体(2)のせん断応力を計測するせん断応力計測装置(6)を有し、
第1の加圧装置(3)を取り付けている垂直荷重反力板(11)と、第2の加圧装置(4)を取り付けているせん断荷重反力板(12)は、下部せん断箱(8B)に固定されていることを特徴とする一面せん断試験装置(100)。 - 断面積が900cm2以上であって連続繊維補強土工で用いられる連続繊維を含む吹付材の供試体(2)を、上部内型枠(1A)及び下部内型枠(1B)に分割可能であるが連結されている型枠(1)に収容する工程と、
前記型枠(1)の連結を解除して上部内型枠(1A)及び下部内型枠(1B)に分割可能な状態とする工程を含み、
型枠(1)を収容する上部せん断箱(8A)及び下部せん断箱(8B)を有し、上部せん断箱(8A)及び下部せん断箱(8B)は全体がコ字状に形成され、下部内型枠(1B)には垂直荷重反力板(11)及びせん断荷重反力板(12)が固定されており、
垂直荷重反力板(11)に取り付けられた第1の加圧装置(3)により上部内型枠(1A)及び下部内型枠(1B)内の供試体(2)に垂直荷重を付加する工程と、
せん断荷重反力板(12)に取り付けられた第2の加圧装置(4)により上部内型枠(1A)のみにせん断荷重を付加する工程と、
せん断変位量計測装置(5)により、第2の加圧装置(4)で加圧したことによる供試体(2)のせん断変位量を計測する工程と、
せん断応力計測装置(6)により、第2の加圧装置(4)で加圧することによる供試体(2)のせん断応力を計測する工程を有することを特徴とする一面せん断試験方法。
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