JPH06229021A - Mixed structure - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、鋼材とアルミニウム合
金材の組み合わせにより、構造物の骨組を構成した混合
構造物に関するもので、ラーメン構造の構造物の骨組
や、橋梁、ドーム屋根等のトラス構造の骨組等に適用す
ることができる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mixed structure in which a frame of a structure is composed of a combination of a steel material and an aluminum alloy material, and a truss such as a frame of a frame structure, a bridge, a dome roof, etc. It can be applied to a frame of structure or the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】構造物の骨組に用いられる金属材料とし
ては鋼が一般的である。これに対し、橋梁等、土木、建
築分野においてもアルミニウム合金を構造部材として適
用したものが見られる。2. Description of the Related Art Steel is generally used as a metal material used for a frame of a structure. On the other hand, in the fields of civil engineering and construction such as bridges, aluminum alloys are used as structural members.
【0003】アルミニウム合金は鋼材と比較した場合、
縦弾性係数が約1/3、線膨張係数は約2倍、単位体積
重量は約1/3であり、一般に柔らかい金属である。ま
た、機械的性質に関しては一般的な軟鋼にみられるよう
な降伏点を持たず、応力−ひずみ線図にみられる非線型
性において軟鋼と異なる特徴を有する。Aluminum alloy, when compared with steel,
It has a longitudinal elastic modulus of about 1/3, a linear expansion coefficient of about 2 times, and a unit volume weight of about 1/3, and is generally a soft metal. Further, regarding the mechanical properties, it does not have a yield point as seen in general mild steel, and has a characteristic different from mild steel in the non-linearity seen in the stress-strain diagram.
【0004】また、アルミニウム合金には非常に多くの
種類があるが、土木、建築構造物の骨組に適するものと
して、強度、耐食性、成形性、切削性、溶接性等を考慮
した場合の一般的な展伸材としては、例えば以下の合金
が挙げられる(合金呼称はJISによる)。Although there are many kinds of aluminum alloys, they are generally used in consideration of strength, corrosion resistance, formability, machinability, weldability, etc. as suitable for the frame of civil engineering and building structures. Examples of the wrought material include the following alloys (alloy name is according to JIS).
【0005】 Al-Mg 系…5052、5154、5083等 Al-Cu-Mg 系(ジュラルミン系)…2014等 Al-Mg-Si 系…6061、6N01、6063等 Al-Zn-Mg 系…7N01、7003等 上記のものは20〜30kgf/mm2 あるいは30kgf/mm2
以上の引張強度を有し、例えばSS400等、一般構造
用圧延鋼材としての軟鋼の約1/2ないし1/2以上の
強度を有する。Al-Mg system ... 5052, 5154, 5083 etc. Al-Cu-Mg system (duralumin system) ... 2014 etc. Al-Mg-Si system ... 6061, 6N01, 6063 etc. Al-Zn-Mg system ... 7N01, 7003 Etc. The above items are 20-30kgf / mm 2 or 30kgf / mm 2
It has the above-described tensile strength, and has a strength about 1/2 to 1/2 or more that of mild steel as a rolled steel material for general structure such as SS400.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】従来の土木、建築構造
物へのアルミニウム合金の適用は、主として構造物の軽
量化を意図したものであり、鋼に比べ、たわみ、振動
等、静的、動的変位が大きくなるとの理由や、価格等の
面で構造体としての用途が限定されている。The conventional application of aluminum alloys to civil engineering and building structures is mainly intended to reduce the weight of the structure. The use as a structure is limited because of the large mechanical displacement and price.
【0007】本発明の混合構造物は上述のような背景の
もとに発明されたもので、鉄骨骨組構造に用いる鋼材の
一部をアルミニウム合金材に置き換え、その配置を工夫
することで、大幅なコスト増を生じることなく、軽量化
され、構造物としての振動特性にも優れた合理的な混合
構造物を提供することを目的としている。The mixed structure of the present invention was invented under the background described above. By replacing a part of the steel material used for the steel frame structure with an aluminum alloy material and devising its arrangement, It is an object of the present invention to provide a rational mixed structure which is light in weight and has excellent vibration characteristics as a structure without causing a significant increase in cost.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は、構造物の骨組
を構成する柱、梁等の構造部材の大部分、少なくとも半
分以上に鋼材を用い、節点の一部または全部について、
節点近傍の所定区間にアルミニウム合金材を用いること
で、鋼材とアルミニウム合金材の混合構造物を構成する
ものである。なお、本発明における節点とは、2本以上
の構造部材が集まる部分をいうものとし、方向の異なる
2本以上の構造部材が1点で交わる場合だけでなく、同
軸上の2本の構造部材が1点で接する場合も含むものと
する。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention uses a steel material for most of structural members such as columns and beams constituting a frame of a structure, at least more than half, and for some or all of nodes.
By using an aluminum alloy material in a predetermined section near the node, a mixed structure of a steel material and an aluminum alloy material is formed. The node in the present invention refers to a portion where two or more structural members gather, and not only when two or more structural members having different directions intersect at one point, but also two coaxial structural members. Including the case where the two touch at one point.
【0009】本発明の混合構造物は、アルミニウム合金
の軽量であるという利点を利用している他、従来の技術
の項で述べたような鋼との物理的、機械的性質の相違を
利用して、耐震性の改善を図ることができる。The mixed structure of the present invention takes advantage of the light weight of the aluminum alloy, and also takes advantage of the difference in physical and mechanical properties from steel as described in the section of the prior art. Therefore, the earthquake resistance can be improved.
【0010】また、上述のように柱、梁等の構造部材の
一部にアルミニウム合金材を用いる以外に、節点を構成
する、あるいは所定区間の構造部材部分を含む節点部材
としてアルミニウム合金製の節点部材を用いることによ
っても、同様の効果を得ることができる。さらに、構造
部材について、その一部にアルミニウム合金材を用いる
ことで、鋼材との配置が煩雑となる部分や、耐震性の面
でアルミニウム合金材が有利となる部分については、そ
の部分の構造部材全体をアルミニウム合金材に置き換え
ることも考えられる。In addition to the use of aluminum alloy material for some of the structural members such as columns and beams as described above, the nodes are made of aluminum alloy as a nodal member that constitutes a nodal point or includes a structural member portion in a predetermined section. The same effect can be obtained by using a member. Furthermore, regarding the structural member, by using an aluminum alloy material for a part of the structural member, a portion where the arrangement with the steel material is complicated and a portion where the aluminum alloy material is advantageous in terms of earthquake resistance are structural members of that portion. It is also possible to replace the whole with an aluminum alloy material.
【0011】適用対象としては、例えばラーメン構造の
骨組構造を有する建物、立体駐車場のラック、トラス構
造の橋梁、ドーム屋根等が挙げられる。Examples of applicable objects include a building having a frame structure of a rigid frame structure, a rack of a multilevel parking lot, a bridge of a truss structure, a dome roof, and the like.
【0012】[0012]
【作用】アルミニウム合金の比重は、軟鋼の約1/3で
あり、構造全体としてみた場合、鋼をアルミニウム合金
に置き換えた分だけ、構造物の重量の軽減が図れる。な
お、死荷重の低減分は鋼材及びアルミニウム合金材の断
面縮小にもつながる。The specific gravity of the aluminum alloy is about 1/3 of that of mild steel, and in view of the structure as a whole, the weight of the structure can be reduced as much as the steel is replaced with the aluminum alloy. In addition, the reduction of the dead load leads to a reduction in the cross section of the steel material and the aluminum alloy material.
【0013】また、アルミニウム合金の縦弾性係数は、
軟鋼の約1/3であり、鋼構造のラーメンの節点近傍を
アルミニウム合金に置き換えることで、ほぼ鋼構造の節
点に回転バネを挿入したものと同様に考えることがで
き、このような節点は剛結節点とヒンジ節点の中間の弾
性的な特性を示す。The longitudinal elastic modulus of aluminum alloy is
It is about one-third that of mild steel, and by replacing the vicinity of the nodes of the steel structure with aluminum alloy, it can be considered almost as if a rotary spring was inserted at the nodes of the steel structure. Such nodes are rigid. It exhibits elastic properties between the knot and hinge nodes.
【0014】構造物の耐震性に着目した場合、鋼構造の
節点近傍にアルミニウム合金材を配置した構造系におい
ては、一般的には、鋼構造に比べ構造系全体の振動は大
きくなる傾向にある。しかし、節点におけるモーメント
の伝達が少ないため、各部材の直角方向の面外振動は鋼
構造のそれよりも小さくなる。また、アルミニウム合金
材を配置することにより軽量化され、その分慣性力も小
さくなる。Focusing on the seismic resistance of a structure, in a structural system in which an aluminum alloy material is arranged in the vicinity of a node of a steel structure, generally, the vibration of the entire structural system tends to be larger than that of the steel structure. . However, since the transmission of moments at the nodes is small, the out-of-plane vibration in the direction perpendicular to each member is smaller than that of the steel structure. Further, the aluminum alloy material is placed to reduce the weight, and the inertial force is reduced accordingly.
【0015】また、アルミニウム合金材を用いること
で、構造物全体の固有周期は長周期化するため、長周期
化が有利となる設計においては、共振を避けて地震応答
の低減が図れる。Further, by using the aluminum alloy material, the natural period of the entire structure becomes longer, so in a design in which the longer period is advantageous, it is possible to avoid resonance and reduce the seismic response.
【0016】さらに、地震力等の作用点となる支点位置
近傍にアルミニウム合金材を用いれば、節点と同様に構
造系に伝達される外部からの振動エネルギーが少なく、
構造全体系としても変位は小さくなり耐震性の改善が可
能である。ただし、支点位置近傍にアルミニウム合金材
を用いた場合、その部分に大きなせん断力が作用するこ
ととなり、そのための配慮が必要となる。Further, if an aluminum alloy material is used in the vicinity of the fulcrum position, which is the point of action of seismic force, etc., the vibration energy from the outside that is transmitted to the structural system as well as the nodes is small,
The displacement is small and the seismic resistance can be improved even in the entire structure system. However, when an aluminum alloy material is used in the vicinity of the fulcrum position, a large shearing force acts on that portion, and consideration for that is required.
【0017】せん断力に対する配慮としては、部材断面
におけるせん断応力の分布に応じてせん断応力が大きい
図心近傍の板厚を大きくし、同様に部材軸方向について
もせん断力の分布に合わせてウェブの板厚を変化させる
とともに鋼材部分との接合点を鋼材断面と同一断面にす
る等の方法が考えられる。このような3次元的に変化す
る複雑な構造部材を鋼材で製作することは極めて困難で
あるが、アルミニウム合金材の場合、鋳物としての大量
生産が比較的容易である。In consideration of the shearing force, the plate thickness near the centroid where the shearing stress is large is increased according to the distribution of the shearing stress in the member cross section, and similarly, in the axial direction of the member, the web force is adjusted according to the distribution of the shearing force. A method is conceivable in which the plate thickness is changed and the joint point with the steel material is made the same cross section as the steel material cross section. Although it is extremely difficult to manufacture such a three-dimensionally complicated structural member from a steel material, in the case of an aluminum alloy material, mass production as a casting is relatively easy.
【0018】また、せん断力に対する他の対処方法とし
ては、例えば、地震力が作用する1階あるいは地階部分
の支点にアルミニウム合金材を用い、2階床部分等、支
点より上方の位置に、主として鉛直荷重のみを支持する
ための補助支点を設けることが考えられる。この場合の
補助支点としては、例えば、橋梁における自由端ヒンジ
のように水平方向を固定しない滑り支承、あるいは積層
ゴム等を用いた免震支承等を用いることができる。すな
わち、補助支点が水平方向に可動であることにより、こ
の部分では水平方向の地震力が構造物に伝達されない。As another coping method against the shearing force, for example, an aluminum alloy material is used for a fulcrum of the first floor or basement where the seismic force acts, and a second floor or the like is mainly used at a position above the fulcrum. It is conceivable to provide an auxiliary fulcrum to support only vertical loads. As the auxiliary fulcrum in this case, for example, a sliding bearing which does not fix in the horizontal direction like a free end hinge in a bridge, or a seismic isolation bearing using laminated rubber or the like can be used. That is, since the auxiliary fulcrum is horizontally movable, the horizontal seismic force is not transmitted to the structure at this portion.
【0019】[0019]
【実施例】次に、図示した実施例について説明する。EXAMPLES Next, the illustrated examples will be described.
【0020】図1は本発明を鉄骨骨組構造の建物に適用
した場合の骨組をモデル化して示したものである。図
中、1は柱、2は梁、3は剛結節点を示し、ラーメン構
造となっている。FIG. 1 shows a model of a frame when the present invention is applied to a building having a steel frame structure. In the figure, 1 is a pillar, 2 is a beam, and 3 is a rigid connection node, which has a rigid frame structure.
【0021】本実施例においては、柱1及び梁2につい
て、建物各階床位置の節点3近傍にアルミニウム合金材
1b,2bを用い、中間に鋼材1a,2aを用いてい
る。すなわち、柱1及び梁2を構成する各構造部材の両
端部のみがアルミニウム合金材1b,2bとなってい
る。なお、節点3及び節点3に集まるアルミニウム合金
材1b,2bは、それぞれ別部材とすることも可能であ
るが、現場における接合作業の簡略化や接合部の信頼性
を考慮した場合、この部分を予め一体的に製作すること
が望ましい。In this embodiment, for the pillar 1 and the beam 2, aluminum alloy materials 1b and 2b are used near the nodes 3 at the respective floors of the building, and steel materials 1a and 2a are used in the middle. That is, only the both ends of each structural member forming the pillar 1 and the beam 2 are made of the aluminum alloy materials 1b and 2b. The nodes 3 and the aluminum alloy materials 1b and 2b gathering at the nodes 3 may be separate members, but if the simplification of the joining work at the site and the reliability of the joining portion are taken into consideration, this portion will be omitted. It is desirable to integrally manufacture them beforehand.
【0022】アルミニウム合金材に置き換えた分だけ、
建物の重量が低減される他、節点近傍の剛度が、アルミ
ニウム合金材を用いない全て鋼材の場合に比べて小さく
なり、よりヒンジに近い節点を構成し、また建物の固有
周期は長周期化する。As much as the aluminum alloy material is replaced,
In addition to reducing the weight of the building, the rigidity in the vicinity of the nodes is smaller than in the case of all steel materials that do not use aluminum alloy material, which constitutes the nodes closer to the hinge and the natural period of the building becomes longer. .
【0023】図2は本発明をトラス橋に適用した場合の
骨組をモデル化して示したものである。本実施例におい
ても、トラス橋の骨組を構成する上弦材11,下弦材1
2,垂直材13,斜材14の節点15近傍を、アルミニ
ウム合金材11b,12b,13b,14bとし、それ
以外を鋼材11a,12a,13a,14aとし、軽量
化を図るとともに、耐震性の改善を図っている。FIG. 2 shows a model of a frame when the present invention is applied to a truss bridge. Also in this embodiment, the upper chord member 11 and the lower chord member 1 constituting the frame of the truss bridge
2. Aluminum alloy materials 11b, 12b, 13b, 14b near the nodes 15 of the vertical member 13 and the diagonal member 14 and steel members 11a, 12a, 13a, 14a other than them are used to reduce weight and improve earthquake resistance. I am trying to
【0024】この場合も、節点15近傍を予め一体的に
製作しておくことも可能であり、また例えば斜材14の
一部または全部について、構造部材としての斜材14全
体をアルミニウム合金材に置き換えることも考えられ
る。Also in this case, it is possible to integrally manufacture the vicinity of the node 15 in advance, and for example, for a part or all of the diagonal member 14, the entire diagonal member 14 as a structural member is made of an aluminum alloy material. It is also possible to replace it.
【0025】図3は鉄骨骨組構造の建物についての適用
例のモデルであるが、地震力等の作用点となる1階支点
位置近傍にアルミニウム合金材を用いることを考えたも
ので、(a) では1階部分の柱全体をアルミニウム合金材
1’とし、(b) では1階部分に柱の中間に節点3’を設
け、その節点近傍にアルミニウム合金材を用いた場合で
ある。なお、本図及び図4、図5では、アルミニウム合
金材の柱1’を点線で示し、近傍にアルミニウム合金材
を用いた節点3’に渦巻きの記しを付すことで、図を簡
略化している。FIG. 3 is a model of an application example for a building with a steel frame structure, which is based on the consideration of using an aluminum alloy material in the vicinity of the first-floor fulcrum position which is the point of action of seismic force, etc. (a) In the case of (1), the entire pillar on the first floor is made of aluminum alloy material 1 ', and at (b), a node 3'is provided in the middle of the pillar on the first floor, and the aluminum alloy material is used near the node. In addition, in this figure, FIG. 4, and FIG. 5, the column 1 ′ of the aluminum alloy material is shown by a dotted line, and the node 3 ′ made of the aluminum alloy material is marked with a spiral in the vicinity to simplify the figure. .
【0026】図3(a) 、(b) のような構造とした場合、
支点4位置から伝達される振動エネルギーが少なくな
り、構造物全体としての応答の低減が可能と考えられる
が、支点4位置近傍のアルミニウム合金材について、せ
ん断力に対する設計が難しくなる。When the structure shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b) is used,
It is considered that the vibration energy transmitted from the fulcrum 4 position is reduced and the response of the entire structure can be reduced, but it becomes difficult to design the aluminum alloy material near the fulcrum 4 position against the shearing force.
【0027】これに対し、図4(a) 、(b) のモデルは、
2階床部分に別途鉛直荷重を支持するための水平方向に
可動な補助支点5(例えば、滑り支承あるいは免震支承
等)を設け、補助支点5で鉛直荷重を支持し、1階床部
分の支点4では主として水平外力を受け持たせるように
して対処するようにしたものである。On the other hand, the models of FIGS. 4 (a) and 4 (b) are
A horizontally movable auxiliary fulcrum 5 (for example, a sliding bearing or a seismic isolation bearing) for separately supporting a vertical load is provided on the second floor, and the auxiliary fulcrum 5 supports the vertical load to support the vertical load. At the fulcrum 4, a horizontal external force is mainly used to deal with the problem.
【0028】図5のモデルは、同様に、2階床部分を吊
り上げる形での補助支点6を設けることで対処できるよ
うにしたものである。The model of FIG. 5 can be dealt with similarly by providing an auxiliary fulcrum 6 in the form of hoisting the second floor.
【0029】[0029]
【発明の効果】鉄骨骨組構造の鋼材の一部を比重の小さ
いアルミニウム合金材で置き換えることで、全体をアル
ミニウム合金材で置き換える場合より、コスト増を少な
く抑えて、構造物全体として軽量化を図ることができ
る。EFFECTS OF THE INVENTION By replacing a part of the steel material of the steel frame structure with an aluminum alloy material having a small specific gravity, it is possible to suppress the cost increase and to reduce the weight of the entire structure as compared with the case where the entire material is replaced with the aluminum alloy material. be able to.
【0030】また、構造物全体に用いた場合、振動特性
の面で不利となるアルミニウム合金を鉄骨骨組構造の節
点近傍にのみ配置することで、逆にアルミニウム合金の
物理的、機械的性質を利用して、剛結節点とヒンジとの
中間的な節点を形成しつつ、耐震性の改善を図ることが
できる。When an aluminum alloy, which is disadvantageous in terms of vibration characteristics when used for the entire structure, is arranged only near the nodes of the steel frame structure, conversely the physical and mechanical properties of the aluminum alloy are utilized. Thus, it is possible to improve the earthquake resistance while forming an intermediate node between the rigid connection node and the hinge.
【図1】本発明を鉄骨骨組構造の建物に適用した場合の
一実施例を示す概要図である。FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment when the present invention is applied to a building having a steel frame structure.
【図2】本発明をトラス橋に適用した場合の一実施例を
示す概要図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing an embodiment in which the present invention is applied to a truss bridge.
【図3】(a) は鉄骨骨組構造の建物に適用した場合にお
いて、1階部分に柱全体をアルミニウム合金材とした場
合のモデル図、(b) は同様に1階部分の柱の中間に節点
を設け、その節点近傍にアルミニウム合金材を用いた場
合のモデル図である。[Fig. 3] Fig. 3 (a) is a model diagram when the whole pillar is made of aluminum alloy material on the first floor when applied to a building with a steel frame structure, and (b) is the middle of the pillar of the first floor similarly. FIG. 6 is a model diagram when a node is provided and an aluminum alloy material is used in the vicinity of the node.
【図4】(a) 、(b) はそれぞれ図3(a) 、(b) に対し、
2階床部分に補助支点を設けた場合のモデル図である。4 (a) and (b) are the same as FIGS. 3 (a) and 3 (b), respectively.
It is a model figure at the time of providing an auxiliary fulcrum in the 2nd floor part.
【図5】(a) 、(b) はそれぞれ図3(a) 、(b) に対し、
2階床部分に吊り上げの補助支点を設けた場合のモデル
図である。5 (a) and (b) are the same as FIGS. 3 (a) and (b), respectively.
It is a model figure at the time of providing the auxiliary fulcrum of a lifting in the floor part of the second floor.
1…柱、2…梁 1a、2a…鋼材 1b、2b…アルミニウム合金材 3…剛結節点 1’…アルミニウム合金材 3’…剛結節点 4…支点 5…補助支点 6…補助支点(吊り上げ) 11…上弦材、12…下弦材、13…垂直材、14…斜
材 11a、12a、13a、14a…鋼材 11b、12b、13b、14b…アルミニウム合金材 15…ヒンジ節点1 ... Pillar, 2 ... Beam 1a, 2a ... Steel material 1b, 2b ... Aluminum alloy material 3 ... Rigid joint node 1 '... Aluminum alloy material 3' ... Rigid joint node 4 ... Support point 5 ... Auxiliary support point 6 ... Auxiliary support point (lifting) 11 ... Upper chord material, 12 ... Lower chord material, 13 ... Vertical material, 14 ... Diagonal material 11a, 12a, 13a, 14a ... Steel material 11b, 12b, 13b, 14b ... Aluminum alloy material 15 ... Hinge node
Claims (5)
造の節点の一部または全部について、節点近傍の所定区
間をアルミニウム合金材に置き換えたことを特徴とする
混合構造物。1. A mixed structure, characterized in that, for some or all of the nodes of a steel frame structure using steel as a structural member, a predetermined section near the nodes is replaced with an aluminum alloy material.
造の構造部材どうしを接合するための節点部材の一部ま
たは全部としてアルミニウム合金製の節点部材を用いた
ことを特徴とする混合構造物。2. A mixed structure, wherein an aluminum alloy node member is used as a part or all of a node member for joining structural members having a steel frame structure using steel as a structural member.
節点に集まる構造部材の節点近傍の所定区間を一体化し
たものである請求項2記載の混合構造物。3. The nodal member made of aluminum alloy,
The mixed structure according to claim 2, wherein predetermined sections near the nodes of the structural members gathering at the nodes are integrated.
構造である請求項1、2または3記載の混合構造物。4. The mixed structure according to claim 1, 2 or 3, wherein the steel frame structure is a frame structure of a rigid frame structure.
造である請求項1、2または3記載の混合構造物。5. The mixed structure according to claim 1, 2 or 3, wherein the steel frame structure is a truss structure frame structure.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1828593A JPH06229021A (en) | 1993-02-05 | 1993-02-05 | Mixed structure |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1828593A JPH06229021A (en) | 1993-02-05 | 1993-02-05 | Mixed structure |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06229021A true JPH06229021A (en) | 1994-08-16 |
Family
ID=11967364
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1828593A Withdrawn JPH06229021A (en) | 1993-02-05 | 1993-02-05 | Mixed structure |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06229021A (en) |
-
1993
- 1993-02-05 JP JP1828593A patent/JPH06229021A/en not_active Withdrawn
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Legal Events
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A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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