KR101083600B1 - 피에스씨 긴장재를 직선 배치시킨 피에스씨 거더 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 장지간의 PSC 거더를 제작함에 있어서, PSC 긴장재의 배치형태를 직선 형태로 함으로서, 그 작업성 및 시공성을 증진시키고 구조적으로 효율적인 단면으로 할 수 있어 경제적인 PSC 거더 제작 및 시공이 가능한 피에스씨 긴장재를 직선 배치시킨 피에스씨 거더 제작방법에 관한 것이다.

PSC 거더, PSC 긴장재

Description

피에스씨 긴장재를 직선 배치시킨 피에스씨 거더 제작방법{PSC GIRDER MAKING METHOD WITH STRAIGHT TENDON SETTING STRUCTURE}

본 발명은 피에스씨 긴장재를 직선 배치시킨 피에스씨 거더 제작방법에 대한 것이다. 더욱 구체적으로 I형 단면의 PSC 거더와 같이 벌브티 형태로 제작되는 PSC 거더에 있어서, 상기 PSC 거더 내부에 배치되는 PSC 긴장재의 배치형태를 종래 포물선 형태에서 직선 형태로 변경시켜 제작한 PSC 거더 제작방법에 대한 것이다.

도 1a와 같이 종래 PSC 거더(10,프리스트레스 콘크리트 거더,Prestressed Concrete Girder)는 거푸집(40)을 이용하여 그 내부에 쉬스관을 설치(포스트 텐션 방식)하거나 또는 제작대에서 미리 긴장된 PSC 긴장재(20,PSC 강연선)를 배치시켜 놓은 상태에서 콘크리트(50)를 타설하여 양생(프리 텐션 방식)시킨 다음,

상기 포스트 텐션 방식의 경우에는 거푸집을 해체하여 쉬스관에 PSC 긴장재(20)를 삽입하고 이를 긴장후 PSC 거더 단부에 상기 PSC 긴장재 단부를 정착함으로서 소요의 프리스트레스(Prestress)가 PSC 거더에 도입되도록 하게 된다.

상기 프리 텐션 방식의 경우에는 거푸집 해체하여, 미리 제작대에서 긴장된 PSC 긴장재를 절단하는 방식으로 소요의 프리스트레스가 PSC 거더에 도입되도록 하 여 제작하게 된다.

이러한 PSC 거더는 국내의 경우 통상 I 형 단면으로 형성되도록 하는데 특히 확폭된 상부플랜지를 가진 I 형 단면의 PSC 거더를 특히 벌브티(Bulb Tee) 형태로 제작되었다고 지칭한다.

이에 I 형 단면의 PSC 거더(10)는 도 1b와 같이 전체적으로 I형 단면으로서 상부플랜지(14), 복부(15) 및 하부플랜지(16)로 구성되어 그 내부에 긴장재(20)가 형성된 상태로 제작됨을 알 수 있다.

도 1c는 이러한 I 형 단면의 PSC 거더(10)에 있어 일반적으로 배치되는 PSC 긴장재(20)의 배치형태를 도시한 것이다.

즉, 상기 PSC 긴장재(20)는 PSC 거더(10)의 양 단부에서 긴장된 후, PSC 거더의 양 단부면에 정착구(30, 정착판, 쐐기등 포함)를 이용하여 정착되도록 설치되는데 PSC 거더(10)의 전체 연장길이에 걸쳐 전체적으로 포물선 형태로 배치되도록 하고 있음을 알 수 있다.

이와 같이 포물선 형태로 PSC 강재를 배치하는 이유는 PSC 거더의 경우 그 중앙부는 자중 및 작용하중에 의한 휨 모멘트(Bending Moment)가 크게 발생하고, 상대적으로 하방 처짐도 크게 발생하는 부위이기 때문에 프리스트레스(긴장력 또는 압축력)도 PSC 거더(10)의 중앙부에 더 도입되도록 할 필요가 있고, 그 양 단부는 상기 휨 모멘트가 크게 발생하지 않기 때문에 굳이 중앙부에 해당하는 휨 모멘트가 도입되도록 할 필요가 없을 뿐만 아니라,

상기 PSC 거더의 단부들은 PSC 강재가 긴장 후 정착되는 부위이기 때문에 프 리스트레스(긴장력 또는 압축력)가 국부적으로 집중될 수 있으므로 PSC 거더의 양 단부에서는 프리스트레스(긴장력 또는 압축력)가 수평 및 수직분력으로 분할되도록 하여 프리스트레스의 도입량을 상대적으로 작게 형성시킬 필요가 있기 때문이었다.

하지만, 이와 같이 PSC 긴장재를 포물선 형태로 배치하다 보면 그 설치 작업이 용이하지 않다는 문제점이 있었다.

특히 장지간(개략 40M 이상)의 PSC 거더를 제작하다 보면 PSC 긴장재가 상당량 배치될 수밖에 없는데 이를 모두 포물선 형태로 배치할 경우 그 세팅이 쉽지 않아 작업성이 떨어질 뿐만 아니라 쉬스관 내부로 PSC 긴장재를 삽입하는 작업도 쉽지 않게 된다는 문제점이 있었다.

이에 PSC 긴장재를 PSC 거더의 전체 길이에 걸쳐 포물선 형태가 아닌 직선배치형태로 PSC 긴장재를 배치하게 되면 상기 쉬스관 및 PSC 긴장재의 설치에 있어 작업성을 개선시킬 수 있을 뿐만 아니라,

직선 형태의 PSC 긴장재 배치에 의하여 동일한 프리스트레스를 도입시키더라도 포물선 형태의 PSC 긴장재 배치와 대비하여 도입된 프리스트레스가 수평 및 수직방향으로 분할되지 않아 프리스트레스 도입량의 손실량을 최소화 할 수 있으므로 효율적인 PSC 긴장재 설치가 가능하다는 장점이 있게 된다.

그럼에도 불구하고 상기 PSC 긴장재를 직선형태로 배치하는 선택을 하지 못한 이유는 PSC 거더의 양 단부에 있어 프리스트레스의 집중으로 인한 PSC 거더의 양 단부 균열 문제 때문이었다.

더군다나 장지간의 PSC 거더는 PSC 긴장재를 더 많이 설치할 수 밖에 없으므 로 특히 문제가 될 수 밖에 없었다.

이에 도 1d와 같이 PSC 긴장재의 일부를 PSC 거더의 단부면이 아닌 중앙부로 이격된 위치에 있어 하부플랜지 상면으로 인출시켜 PSC 긴장재의 양 단부로 집중의 문제를 해결하는 방법도 소개되어 있지만, 이도 역시 근본적인 해결방법은 아니라는 문제점이 있었다.

나아가, 상기 PSC 긴장재의 단부 집중 및 이로 인한 균열 문제를 해결하기 위하여 도 1e와 같이 PSC 거더의 양 단부를 구체(사각 직육면체) 형태로 형성시키는 종래의 방법도 사용하기도 하지만,

이러한 방법의 경우 상기 양 단부의 전체 높이는 PSC 거더의 전체 높이(h)는 유지한 채 그 복부 폭만 크게 하는 방법이기 때문에 장지간의 PSC 거더에 있어 PSC 긴장재를 직선 배치하기 때문에 발생하는 단부 균열 등의 문제점들을 해결할 수 있을 정도는 될 수 없다는 적용상의 한계가 있었다.

이에 본 발명은 특히 I 형 단면의 PSC 거더에 있어서, PSC 거더에 PSC 긴장재를 그 전체 길이에 걸쳐 직선으로 배치함에 있어서도 PSC 강재를 포물선 배치로 설치하는 것과 같은 장점을 가질 수 있도록 제작된 PSC 거더 제작방법 제공을 그 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은

I 형 단면의 PSC 거더에 있어 전체 길이(L)에 따른 소요의 프리스트레스를 도입하기 위한 단면력을 확보할 수 있도록 단면 높이(H, 당초 높이)를 유지하도록 한 상태에서, PSC 거더의 양 단부면으로부터 중앙부으로 소정거리 이격된 구간(L1)까지는 상기 양 단부의 단면 높이(H)가 더 커지도록 하였다(H+△H,△H=증가 높이).즉, 상기 이격된 증가 높이에 의한 PSC 양 단부의 단면 높이를 증가시킴으로서,PSC 긴장재에 의한 프리스트레스가 집중되더라도 이에 충분히 저항할 수 있게 되고,

PSC 거더의 양 단부로부터 이격된 위치(L1)까지의 도심축을 하방으로 위치시켜 PSC 긴장재로 인한 프리스트레스가 집중되는 현상이 방지될 수 있도록 한 것이다.

본 발명에 의하여 I 형 단면의 PSC 거더를 제작함에 있어 PSC 긴장재를 PSC 거더의 전체 길이에 걸쳐 쉬스와 함께 직선으로 배치할 수 있기 때문에, 상기 PSC 긴장재의 설치에 있어 그 작업성이 매우 증진될 수 있어 효율적이고 경제적인 PSC 거더 제작이 가능하게 될 뿐만 아니라,

상기 PSC 거더의 양 단부에 있어서도 프리스트레스의 집중문제를 해결할 수 있어 PPS 거더의 단부 균열 문제를 해결할 수 있으므로 PSC 거더의 사용성이 개선될 수 있을 뿐만 아니라,

양 단부의 높이가 커지도록 제작함으로서 PSC 긴장재를 긴장 후 정착할 수 있는 단면적도 커질 수 있기 때문에 PSC 긴장재의 정착부위를 충분히 확보할 수 있어 특히 장지간에 있어 다수의 PSC 긴장재를 효과적으로 배치하여 정착시킬 수 있으며,

PSC 거더의 양 단부의 단면 높이가 커질 뿐이기 때문에 PSC 거더의 형고에는 거의 영향을 주지 않으므로 최적화된 단면에 의한 PSC 거더 제작이 가능하게 되며,

또한, 장지간용 PSC 거더 제작 시 그 운반 등의 문제로 분절 제작하는 경우에도 양 단부의 높이만 크고 그 사이에서는 단면 높이가 크지 않기 때문에 그 운반 및 연결시공에 있어서도 달리 불리한 점도 없을 뿐더러,

PSC 거더를 연속교 방식으로 시공할 경우에도 휨 모멘트가 크게 발생하는 지점부에 위치한 PSC 거더의 양 단부의 단면 높이가 크기 때문에 구조적으로도 매우 유리한 단면구조로 제작된 PSC 거더 제공이 가능하게 되며,

특히 장지간의 PSC 거더를 제작할 경우에 있어 구조적으로 문제되는 PSC 긴장재 배치 및 프리스트레스의 릴랙세이션에 의한 문제점을 해결할 수 있게 된다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

먼저, I 형 단면의 PSC 거더(100)를 제작하기 위한 거푸집을 준비하게 된다.

이러한 거푸집은 도시하지는 않았지만 크게 PSC 거더(100)가 상부플랜지(110), 복부(120) 및 하부플랜지(130)로 구분되도록 강재 거푸집을 도 1a와 같이 제작하여 PSC 거더(100)를 제작하게 된다.

이때 도 2와 같이 PSC 거더(100)가 상부플랜지(110)의 폭(B1)은 하부플랜지(130)의 폭(B2) 보다 더 큰 폭을 가진 확폭된 상부플랜지로 PSC 거더(벌브티 방식)가 형성되도록 거푸집을 제작함이 바람직하다.

이와 같이 상부플랜지의 폭(B1)이 하부플랜지의 폭(B2)보다 크게 형성된 PSC 거더는 상기 상부플랜지가 추후 슬래브(SLAB)를 시공할 때 일종의 거푸집으로 이용할 수 도 있고, 상기 상부플랜지 자체가 슬래브로 기능할 수 있도록 할 수 있다는 장점이 있기 때문이다.

이러한 상부슬래브의 폭(B2)에 맞추어 소요의 지간(Span)에 의한 단면크기를 가질 수 있도록 PSC 거더(100)의 복부(120)의 높이(H3)도 정하게 되며, 그 각각의 두께도 함께 정하면 된다.

본 발명에 의한 PSC 거더(100)는 기본적으로 철근 콘크리트(Reinforced Concrete)로 제작되기 때문에 상기 거푸집에 콘크리트를 타설하기 전에 미리 PSC 강연선과 같은 PSC 긴장재, 상기 PSC 긴장재가 삽입되는 쉬스관(포스트 텐션 방식의 경우) 및 PSC 긴장재를 긴장 후 정착시키기 위한 정착구를 미리 거푸집 내부 및 그 단부면에 설치하고, 역시 미도시된 철근 조립체를 역시 거푸집 내부에 세팅하게 된다.

이와 같이 거푸집 내부 및 예컨대 단부면에 철근조립체와 PSC 긴장재, 쉬스과, 정착구가 설치된 이후에는 미도시된 콘크리트를 거푸집 내부로 타설하여 양생시키게 되며, 최종 콘크리트가 타설되면 PSC 긴장재를 긴장, 정착시켜 PSC 거더(100)가 완성되게 된다.

이때, 도 2와 같이 상기 완성된 PSC 거더의 경우 소요의 동일한 프리스트레스가 도입되는 PSC 거더를 제작하는 경우

소요의 단면크기를 가진 PSC 거더의 당초 높이(H)와는 달리 양 단부면으로부터 소정의 이격된 위치(L1)까지의 단면높이가 추가로 증가된 높이(H+△H)로 형성되어 있음을 알 수 있으며, PSC 거더의 양 단부가 하방으로 돌출형성(빗금으로 처리된 부위)되어 단면확장부(140)가 추가로 형성되도록 하고 있음을 알 수 있다.

나아가 PSC 거더(100) 내부의 PSC 긴장재(200)의 경우 직선 배치형태를 취하고 있음을 알 수 있다.

구체적으로 살펴보면 상기 PSC 거더의 당초 높이(H)는 일정한 지간 예컨대 40M 이상의 지간을 가지도록 PSC 거더를 설계할 때, 필요로 하는 단면크기가 정해졌을 때, 이러한 단면크기에 따른 PSC 거더의 당초 높이(H)에 해당된다.

결국 본 발명에 의한 PSC 거더도 이러한 당초 높이(H)를 전체 길이에 걸쳐 가지게 되며, 그 양 단부에 있어서 높이가 커지도록 함을 알 수 있다. 이때 증가된 높이를 증가 높이(△H)라 지칭하기로 한다.

이러한 증가높이(△H)는 결국 PSC 거더(100)의 양 단부 높이를 커지도록 하여 양 단부의 단면 높이가 커지는 효과(상하방향으로 커지게 된다)를 가지게 된다.

이와 같이 상기 증가 높이(△H)는 PSC 거더의 양 단부면으로부터 소정의 이격거리를 가진 구간(L1)에 걸쳐 형성되도록 할 수 있는데, 이러한 구간(L1)은 예컨대, 종래 PSC 긴장재를 포물선 형태로 배치시킬 때, 도 1c와 같이 직선구간에서 상방으로 굴곡되는 지점까지로 형성시킬 수 있을 것이다.

이러한 L1의 구간은 PSC 거더 전체 길이(L)을 기준으로 L/10 내지 L/5 정도에 해당되도록 하며, 이는 프리스트레스가 집중되는 구간을 커버하게 된다.

이에 도 3a와 같이 PSC 거더의 증가된 높이(△H)에 의한 그 양 단부의 단면확장부(140) 형태가 사각 구체 형태로 형성시킬 수도 있고,

도 3b와 같이 양 단부면으로부터 이격거리를 가진 구간(L1)까지 PSC 거더의 증가 높이(△H)에 의한 그 양 단부의 단면확장부(140) 형태가 사각 구체 형태로 형 성되다가 그 단면 높이가 점증적으로 감소되도록 하는 곡면형태로도 형성이 가능하다.

이러한 단면확장부(140) 형태는 도시되지 않은 다른 형태로도 가능하다.

나아가, 상기 단면확장부(140)의 폭(B)을 도 4와 같이 점증적인 하방확장형으로 형성시킬 수 있다.

즉, 단면확장부(140)의 증가 높이(△H)에 따라 그 폭(B)는 변하지 않음을 알 수 있는데, 도 4에 의하면 하방으로 갈수록 그 폭이 커지도록 함을 알 수 있다.

이와 같이 단면확장부(140)의 폭을 증가시키게 되면, 폭의 증가분만큼 단면확장부의 단면적이 커지므로 상기 증가 높이(△H)를 감소시킬 여지가 발생하게 되며 이에 따라 상기 증가 높이(△H)의 조정이 가능하기 때문이다.

또한, 단면확장부(140)의 폭이 하방으로 갈수록 커지도록 하는 경우, PSC 거더(100)의 운반, 거치 등에 있어 안정적인 단부지지가 가능할 뿐만 아니라, 교량받침(SHOE)에 지지시킬 때, 지지면적이 커지기 때문에 장지간의 PSC 거더 거치에 있어 안전시공이 가능하게 된다.

또한 본 발명의 PSC 거더(100)는, 그 PSC 긴장재(200)가 PSC 거더 전체 길이에 걸쳐 직선형태로 배치함을 알 수 있다.

즉, 도 2와 같이 PSC 거더(100)의 상부플랜지(110) 표면으로부터 동일한 상하 이격거리(d2)를 가지도록 PSC 긴장재(200)를 배치하게 된다.

이에 상기 PSC 거더의 상부플랜지 표면을 기준으로 PSC 긴장재는 그 양 단부에 있어 상하 이격거리가 동일한 수평 직선형태로 배치되도록 함을 알 수 있다.

따라서, 도 5와 같이 PSC 거더의 양 단부면으로부터 중앙부로부터 이격된 L1까지의 구간에 있어 도심축(C1)과 상기 L1 사이의 PSC 거더의 중앙부위 도심축(C2)의 위치가 서로 다름을 알 수 있다.

즉, PSC 거더의 양 단부의 도심축(C1)은 상기 중앙부위의 도심축(C2)보다 더 하방으로 배치됨을 알 수 있는데, 이로서 상기 양 단부의 도심축으로부터 PSC 긴장재(200)까지의 편심거리(e1)는 중앙부위의 도심축부터 PSC 긴장재까지의 편심거리(e2)보다 작음을 알 수 있다.

즉, 편심거리가 작은 PSC 거더의 양 단부는 PSC 긴장재가 직선 형태로 배치되었다 하더라도 도입되는 프리스트레스의 크기가 상대적으로 중앙부위보다 작기 때문에 장지간의 PSC 거더 제작에 따른 다량의 PSC 긴장재 설치에 의해서도 과도한 프리스트레스가 PSC 거더의 양 단부에 집중되는 효과를 방지할 수 있게 됨을 알 수 있다.

결국, 본 발명에 의한 PSC 거더의 양 단부는 그 단면크기에 있어 높이를 커지도록 하여 PSC 긴장재의 정착구를 보다 많이 설치할 수 있어 장지간의 PSC 거더 제작 시 필연적으로 많이 배치되는 PSC 긴장재 정착구의 설치면적을 증가시킬 수 있고,

이와 같이 높이가 커진 양 단부를 가진 PSC 거더는 PSC 긴장재에 의한 프리스트레스가 설사 집중된다 할지라도 단면크기가 증가되어 이로 인한 단부균열의 에 효과적으로 대응할 수 있으며,

PSC 긴장재를 직선으로 배치하기 때문에 소위 PT WORK(PSC 긴장재 시공작업) 의 작업성이 증진됨과 더불어

구조적으로 PSC 거더의 양 단부의 도심축이 중앙부위 도심축보다 하방으로 배치되기 때문에 마치 종래 PSC 긴장재의 포물선 배치형태와 같이 PSC 거더의 양 단부에 프리스트레스가 집중되는 현상까지 방지할 수 있음을 알 수 있다.

말하자면, PSC 거더의 양 단부의 높이를 일정구간(L1)에 걸쳐 증가시킴으로서 도심축을 하방으로 이동시켜 마치 PSC 긴장재를 PSC 거더의 양 단부에 있어 포물선 형태에 의한 프리스트레스 분력발생의 효과로 프리스트레스 집중을 분산시키는 효과를 가지도록 함을 알 수 있다.

또한 미도시 하였지만 상기 PSC 긴장재(200)는 직선 형태로 배치되도록 하기 때문에 일정한 평면상에 위치하게 된다.

이러한 일정한 평면상에 위치한 PSC 긴장재(200)의 단부를 PSC 거더의 양 단부 외측면에 인출되도록 하고, 이 위치에서 PSC 긴장재(200)를 긴장 후 정착시킬 수 있으며, 이때에도 상기 PSC 긴장재(200)는 동일 평면상에서 배치되도록 함으로서 PSC 긴장재를 PSC 거더의 양 단부면에서 긴장 후 정착하는 것과 동일한 효과를 가질 수 있도록 하면서도, PSC 긴장재의 정착부위를 분산시킬 수 있게 됨을 알 수 있다.

도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d 및 도 1e는 종래 거푸집에 의한 PSC 거더의 제작상태도, 완성된 PSC 거더의 부분사시도, PSC 거더의 PSC 긴장재 배치사시도, 외부로 인출된 PSC 긴장재를 가진 PSC 사시도 및 단부가 구체 형태로 제작된 PSC 거더의 사시도이며,

도 2는 본 발명에 의한 PSC 거더의 완성사시도이며,

도 3a, 도 3b 및 도 4는 본 발명에 의한 PSC 거더의 양 단부 형태사시도이며,

도 5는 본 발명에 의한 PSC 거더에 있어 PSC 긴장재의 설치단면도이다.

<주요 도면부호의 간단한 설명>

100: PSC 거더 110: 상부플랜지

120: 복부 130: 하부플랜지

140: 단면확장부 200: PSC 긴장재(PC 강재)

Claims (4)

1. 철근콘크리트 거더에 PSC 강재를 이용하여 프리스트레스를 도입시켜 제작되는 I형 단면의 상부플랜지, 복부 및 하부플랜지로 형성되는 PSC 거더에 있어서,

   상기 PSC 거더의 지간에 따라 정해진 단면높이(H)를 전체길이(L)에 걸쳐 유지되도록 하면서, PSC 거더 전체 길이(L)를 기준으로 L/10 내지 L/5인 상기 PSC 거더의 양 단부면으로부터 중앙부위로 이격된 위치의 구간(L1)에 있어서는 추가로 커진 PSC 거더의 단면높이(△H)를 가지도록 하여 단면확장부(140)가 형성되도록 하고,

   상기 PSC 거더에 배치되는 PSC 긴장재(200)는 PSC 거더의 전체 길이에 걸쳐 상부플랜지 표면으로부터 동일한 이격거리를 유지하는 직선 형태로 PSC 거더 하부에 배치되도록 하는 단계를 포함하는 피에스씨 긴장재를 직선 배치시킨 피에스씨 거더 제작방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 PSC 거더의 양 단부는 구간(L1)에 있어서, 단면확장부(140)는

   상기 PSC 거더의 양 단부면으로부터 그 높이가 점증적으로 작아지도록 형성된 구체 형태 또는 그 높이가 일정한 사각 구체 형태로 형성되도록 한 피에스씨 긴장재를 직선 배치시킨 피에스씨 거더 제작방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 PSC 거더의 양 단부는 구간(L1)에 있어서, 단면확장부(140)는, 상기 PSC 거더의 양 단부면으로부터 그 폭이 점증적으로 커지도록 형성되도록 한 피에스씨 긴장재를 직선 배치시킨 피에스씨 거더 제작방법.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 PSC 거더의 상부플랜지는 하부플랜지 폭 보다 더 크게 형성되도록 한 벌브티 방식으로 제작되도록 한 피에스씨 긴장재를 직선 배치시킨 피에스씨 거더 제작방법.

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