KR102218286B1 - 내진보강 및 내화성 확보를 위하여 에프알피 시트 및 시멘트보드를 이용한 기둥 보강방법 - Google Patents

내진보강 및 내화성 확보를 위하여 에프알피 시트 및 시멘트보드를 이용한 기둥 보강방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내진보강 및 내화성 확보를 위하여 에프알피 시트 및 시멘트보드를 이용한 기둥 보강방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 콘크리트 기둥 또는 CFT(Concrete Filled Tube) 기둥의 표면에 에프알피 시트를 부착하여 내력을 증진시키도록 하고, 단위부재로 분절된 형상의 복수의 시멘트보드를 기둥의 각변마다 길이방향과 폭방향으로 연속되도록 복수개를 부착하여 접착제 등의 화재의 취약한 성질을 개선하도록 하면서도 지진 등의 외부 충격에 시멘트보드가 훼손되거나 이탈하지 않도록 하는 내진보강 및 내화성 확보를 위하여 에프알피 시트 및 시멘트보드를 이용한 기둥 보강방법에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예는 (a) 기둥 표면에 이물질을 제거하는 단계; (b) 기둥 표면에 에폭시를 도포한 후 에프알피 시트를 랩핑하는 단계; (c) 에프알피 시트의 표면에 일정두께로 모르타르를 도포하는 단계; (d) 기둥의 각 코너에 ㄴ형 단면의 코너보강재를 부착하는 단계; (e) 코너보강재와 코너보강재의 사이 구간의 기둥 표면에는 일정 길이로 분절된 판형상의 단위분절 시멘트보드를 기둥의 각 변의 길이방향과 폭방향으로 연속하여 부착하는 단계;를 포함하여 이루어진다.

Description

내진보강 및 내화성 확보를 위하여 에프알피 시트 및 시멘트보드를 이용한 기둥 보강방법{Reinforcing Method for Column using FRP and CRC board}
본 발명은 내진보강 및 내화성 확보를 위하여 에프알피 시트 및 시멘트보드를 이용한 기둥 보강방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 콘크리트 기둥 또는 CFT(Concrete Filled Tube) 기둥의 표면에 에프알피 시트를 부착하여 내력을 증진시키도록 하고, 단위부재로 분절된 형상의 복수의 시멘트보드를 기둥의 각변마다 길이방향과 폭방향으로 연속되도록 복수개를 부착하여 접착제 등의 화재의 취약한 성질을 개선하도록 하면서도 지진 등의 외부 충격에 기둥의 변곡점 구간에서 시멘트보드가 기둥과 동시에 유동하도록 함으로써 시멘트보드가 훼손되거나 이탈하지 않도록 하는 내진보강 및 내화성 확보를 위하여 에프알피 시트 및 시멘트보드를 이용한 기둥 보강방법에 관한 것이다.
최근 들어 기존 구조물의 고강도화 및 환경문제로 인한 내구성능 저하에 따른 구조적 보수, 보강뿐 아니라 구조물의 노후화나 내진규정의 강화에 따른 구조물의 내진보강에 대한 요구가 증가되고 있다. 기존 가설된 구조 부재의 보수, 보강 및 내진성능을 향상시키기 위한 방법으로는 단면증대 공법이나 철판보강방법 등이 많이 사용되어 왔으나, 1990년대 이후에는 타재료 및 공법과 비교하여 여러 가지 장점을 가지고 있는 FRP를 이용한 보강공법의 사용이 증가하고 있다. 그 결과 에폭시 수지와 같은 실링재로 밀봉하는 방법과 에폭시계 접착제와 같은 그라우트재료를 주입하는 공법, 퍼티재를 이용하여 보강하는 방법 등이 개발되어 구조물의 보수, 보강용으로 사용되고 있다.
그러나, FRP 시트를 이용한 보강공법은 FRP 시트를 부착하기 위하여 사용되는 에폭시 계열의 접착제가 열원에 취약하여 화재시에는 기둥에서 이탈되거나 기둥의 구조적 안정성이 위협받는 문제점이 있었다.
본 발명의 배경이 되는 기술로는 특허등록 제0708058호 "콘크리트 구조물 보강용 에프알피(FRP) 패널"(특허문헌 1)이 있다. 상기 배경기술에서는 도 5에서와 같이 철근콘크리트의 구조물을 보강하기 위한 패널의 상/하면을 구성하고 규사 60목과 4호를 배합한 혼합잔골재와 에폭시 레진으로 이루어진 에폭시 모르타르와, 상기 상/하 에폭시 모르타르의 사이에 삽입되고 상기 패널의 강도를 높이기 위한 탄소에프알피 시트로 구성된 콘크리트 구조물 보강용 에프알피 패널에 있어서, 상기 에폭시 모르타르는 상기 규사 60목과 4호를 1:3의 비율로 혼합잔골재를 배합한 다음, 상기 에폭시 레진과 상기 혼합 잔골재의 비율을 1:4로 배합하여 제조된 것임을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보강용 에프알피 패널을 제안한다.
그러나 상기 배경기술 역시 FRP 시트에 에폭시를 도포하여 감싸기 때문에 열원에 취약하여 화재시에는 기둥에서 이탈되거나 기둥의 구조적 안정성이 위협받는 문제점이 있었다.
특허등록 제0708058호 "콘크리트 구조물 보강용 에프알피(FRP) 패널"
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 콘크리트 기둥 또는 CFT(Concrete Filled Tube) 기둥의 표면에 에프알피 시트를 부착하여 내력을 증진시키도록 하고, 단위부재로 분절된 형상의 복수의 시멘트보드를 기둥의 각변마다 길이방향과 폭방향으로 연속되도록 복수개를 부착하여 접착제 등의 화재의 취약한 성질을 개선하도록 하면서도 지진 등의 외부 충격에 기둥의 변곡점 구간에서 시멘트보드가 기둥과 동시에 유동하도록 함으로써 시멘트보드가 훼손되거나 이탈하지 않도록 하는 내진보강 및 내화성 확보를 위하여 에프알피 시트 및 시멘트보드를 이용한 기둥 보강방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 (a) 기둥 표면에 이물질을 제거하는 단계; (b) 기둥 표면에 에폭시를 도포한 후 에프알피 시트를 랩핑하는 단계; (c) 에프알피 시트의 표면에 일정두께로 모르타르를 도포하는 단계; (d) 기둥의 각 코너에 ㄴ형 단면의 코너보강재를 부착하는 단계; (e) 코너보강재와 코너보강재의 사이 구간의 기둥 표면에는 일정 길이로 분절된 판형상의 단위분절 시멘트보드를 기둥의 각 변의 길이방향과 폭방향으로 연속하여 부착하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 내진보강 및 내화성 확보를 위하여 에프알피 시트 및 시멘트보드를 이용한 기둥 보강방법을 제공하고자 한다.
또한, (b) 단계에서, 에프알피 시트는 아라미드섬유 시트(Aramid Fiber Reinforced Polymer, AFRP) 인 것을 특징으로 하는 내진보강 및 내화성 확보를 위하여 에프알피 시트 및 시멘트보드를 이용한 기둥 보강방법을 제공하고자 한다.
또한, (d) 단계에서, 코너보강재는 단위분절 시멘트보드와 동일한 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내진보강 및 내화성 확보를 위하여 에프알피 시트 및 시멘트보드를 이용한 기둥 보강방법을 제공하고자 한다.
또한, (d) 단계에서, 코너보강재는 단위분절 시멘트보드의 길이와 동일한 길이로 분절되어 형성되는 것을 특징으로 하는 내진보강 및 내화성 확보를 위하여 에프알피 시트 및 시멘트보드를 이용한 기둥 보강방법을 제공하고자 한다.
또한, (d) 단계에서, 코너보강재는 외측단부에 일정두께의 EVA(ETHYLENE VINYL ACETATE)가 주재의 내화재질로 형성되는 완충부재가 구성되어, 단위분절 시멘트보드와 코너보강재사이의 공간을 항상 밀실하게 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 내진보강 및 내화성 확보를 위하여 에프알피 시트 및 시멘트보드를 이용한 기둥 보강방법을 제공하고자 한다.
또한, (a) 단계에서, 부착판과, 부착판의 외측면으로 돌출하도록 중앙부 또는 상부와 하부에 각각 형성되는 결합볼트가 구성되는 보드 결합부재가, 기둥의 길이방향 일정 간격마다 폭방향으로 일정 간격으로 설치되고, (e) 단계에서, 단위분절 시멘트보드의 길이방향 양단부에는 결합공이 통공되어, 결합볼트에 결합공이 끼워져 너트로 결합되는 것을 특징으로 하는 내진보강 및 내화성 확보를 위하여 에프알피 시트 및 시멘트보드를 이용한 기둥 보강방법을 제공하고자 한다.
또한, (a) 단계에서, 보드 결합부재 부착판의 내측면으로 돌출하도록 앵커부가 형성되고, 기둥의 외부표면에 앵커부에 대응하는 앵커홀이 형성되어, 앵커홀에 앵커부를 삽입하여 설치하도록 하는 것을 특징으로 하는 내진보강 및 내화성 확보를 위하여 에프알피 시트 및 시멘트보드를 이용한 기둥 보강방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 에프알피 시트 및 시멘트보드를 이용한 기둥 보강방법은 콘크리트 기둥 또는 CFT(Concrete Filled Tube) 기둥의 표면에 에프알피 시트를 부착하여 내력을 증진시키도록 하고, 단위부재로 분절된 형상의 복수의 시멘트보드를 기둥의 각변마다 길이방향과 폭방향으로 연속되도록 복수개를 부착하여 접착제 등의 화재의 취약한 성질을 개선하도록 하면서도 지진 등의 외부 충격에 기둥의 변곡점 구간에서 시멘트보드가 기둥과 동시에 유동하도록 함으로써 시멘트보드가 훼손되거나 이탈하지 않도록 하는 매우 유용한 효과가 있다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 내진보강 및 내화성 확보를 위하여 에프알피 시트 및 시멘트보드를 이용한 기둥 보강방법을 시공순서대로 도시한 도이다.
도 6은 상기 도 5의 단면도 및 일부 확대도이다.
도 7은 본 발명의 내진보강 및 내화성 확보를 위하여 에프알피 시트 및 시멘트보드를 이용한 기둥 보강방법으로 보강한 기둥에 횡력작용시 거동을 도시한 일 실시예이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
이하 바람직한 실시예에 따라 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 내진보강 및 내화성 확보를 위하여 에프알피 시트 및 시멘트보드를 이용한 기둥 보강방법을 시공순서대로 도시한 도이고, 도 6은 상기 도 5의 단면도 및 일부 확대도이다.
먼저, 도 1에서와 같이, 기둥(1) 표면에 이물질을 제거하도록 한다(a).
기둥(1)은 콘크리트 기둥 또는 CFT(Concrete Filled Tube) 기둥 등이 될 수 있으며, 기둥(1) 표면의 레이턴스(laitance), 먼지, 유지류, 및 기존 구도막 등과 같이 부착을 방해하는 각종 오염물질을 그라인더, 샌드블라스트, 고압수 등으로 깨끗이 제거하는 단계이다.
이후, 도 2에서와 같이, 기둥(1) 표면에 에폭시(20)를 도포한 후 에프알피 시트(30)를 랩핑하도록 한다(b).
상기 단계에서 기둥(1)의 표면의 이물질을 제거하고 난 후에는 기둥(1)의 표면에 에폭시(20)를 도포한 후 에프알피 시트(30)를 랩핑한다.
에폭시(20)는 기둥(1)의 표면에 도포되는데, 추후 랩핑되는 에프알피 시트(30)와의 접착력 형성 및 기둥(1) 표면의 후막형성을 위하여 도포된다.
에프알피 시트(30)를 기둥(1)의 표면에 랩핑하고, 에프알피 시트(30)에 에폭시(20)를 함침시켜 일체화시킨다.
본 발명에서는 열경화성 복합재료인 에프알피 시트를 사용하도록 하는 데, 에프알피(FRP ; Fiber Reinforced Plastics)는 섬유 강화 플라스틱이란 말로 합성 고분자 재료에 각종 무기물(Fiber계)을 첨가하여 특정한 물성의 향상, 기능부여 등의 목적으로 사용되는 고분자 복합재료를 뜻한다.
사용되는 수지의 종류에 따라 에프알피는 크게 열경화성 복합재료(FRTs ; Fiber Reinforced Thermosets)와 열가소성 복합재료(FRTp ; Fiber Reinforced Thermoplastics)로 나뉘어진다. 1960년대에 이르러 유리섬유, 카본, 아라미드 섬유 같이 강도와 탄성이 우수하면서 직경이 6～10㎛로 가느다란 섬유가 개발됨에 따라 금속에 견줄만한 강도, 탄성을 가진 고분자 소재가 등장하게 된다. 열경화성 복합재료는 흔히 유리섬유(Glass Fiber)와 불포화 Polyester수지가 복합된 것이 일반적이다.
바람직하게는 에프알피 시트(30)는 아라미드섬유 시트(Aramid Fiber Reinforced Polymer, AFRP)로 이루어질 수 있으며, 아라미드섬유는 강재 대비 강성은 약 1/2~2/3 수준이지만, 인장강도는 강재 대비 1.5배 이상 높고, 섬유계열 보강재 중 연성능력이 우수하다.
이와 같은 에프알피 시트(30)는 두께, 기둥(1)에 감싸는 횟수, 부착 범위 등을 통해 내력 보강량을 조절하도록 할 수 있다.
이후, 도 3에서와 같이, 에프알피 시트(30)의 표면에 일정두께로 모르타르(40)를 도포하도록 한다(c).
모르타르(40)는 후술하는 단계에서의 코너보강재(50)와 단위분절 시멘트보드(60)를 부착하기 위하여 사용하는 것으로, 에프알피 시트(30)의 표면에 일정두께로 모르타르(40)를 도포하도록 한다.
이후, 도 4에서와 같이, 기둥(1)의 각 코너에 ㄴ형 단면의 코너보강재(50)를 부착하도록 한다(d).
코너보강재(50)는 기둥(1) 모서리의 시공성 향상을 위해 ㄴ형 단면을 갖도록 이루어지며, 준불연소재로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 단위분절 시멘트보드(60)와 동일한 재질로 이루어질 수 있다.
코너보강재(50)는 기둥(1)에 전체 길이에 설치되는데, 분절되지 않은 상태로 부착될 수도 있으며, 단위분절 시멘트보드(60)의 길이와 동일한 길이로 분절되어 형성되도록 하여, 단위분절 시멘트보드(60)와 동시에 거동하도록 할 수도 있다.
특히, 코너보강재(50)는 외측단부에 일정두께의 완충부재(51)가 구성되도록 함으로써, 완충부재(51)의 탄성으로 단위분절 시멘트보드(60)와 코너보강재(50) 사이의 공간을 항상 밀실하게 유지하도록 할 수도 있다.
완충부재(51)는 고무재질로 이루어지거나, EVA(ETHYLENE VINYL ACETATE)가 주재로 하는 내화재질로 형성되도록 할 수 있다.
마지막으로, 도 5에서와 같이, 코너보강재(50)와 코너보강재(50)의 사이 구간의 기둥(1) 표면에는 일정 길이로 분절된 판형상의 단위분절 시멘트보드(60)를 기둥(1)의 각 변의 길이방향과 폭방향으로 연속하여 부착하도록 한다(e).
단위분절 시멘트보드(60)는 에프알피 시트(30)와 기둥(1)의 표면에 도포되는 에폭시(20) 접착제를 열원으로부터 보호하도록 하는 것으로 준불연소재로 이루어지는 시멘트보드(CRC Board)로 구성된다.
이와 같은 단위분절 시멘트보드(60)는 도시된 바와 같이, 기둥(1)의 각 변에 폭방향 및 길이방향으로 복수개가 연속으로 부착될 수 있도록 폭 대비 길이가 긴 판형상으로 단위부재로 이루어진다.
특히, 단위분절 시멘트보드(60)의 부착을 위하여 보드 결합부재(11)를 기둥(1)의 표면에 부착하도록 하고, 단위분절 시멘트보드(60)를 부착하도록 할 수도 있다.
보드 결합부재(11)는 부착판(111)과, 부착판(111)의 외측면으로 돌출하도록 중앙부 또는 상부와 하부에 각각 형성되는 결합볼트(112)로 구성되도록 하여, (a) 단계에서 기둥(1) 표면에 이물질을 제거한 이후에 보드 결합부재(11)를 기둥(1)에 설치하도록 한다.
결합볼트(112)는 기둥(1)의 최상단과 최하단에 부착되는 보드 결합부재(11)의 경우 한 개가 형성되고, 기둥(1)의 최상단과 최하단의 사이에 부착되는 보드 결합부재(11)의 경우에는 상부와 하부에 각각 구성되어 한 쌍을 이루도록 한다.
보드 결합부재(11)는 기둥(1)과의 부착을 위하여 기둥(1)의 표면에 별도의 강재의 띠판 등을 설치하고 여기에 용접하는 방법으로 설치하도록 할 수도 있으며, 보드 결합부재(11) 부착판(111)의 내측면으로 돌출하도록 앵커부(113)가 형성되도록 하고, 기둥(1)의 외부표면에 앵커부(113)에 대응하는 앵커홀(12)이 형성되도록 하여 앵커홀(12)에 앵커부(113)를 삽입하여 설치하도록 할 수도 있다.
보드 결합부재(11)는 기둥(1)에 설치시에 길이방향으로 인접한 단위분절 시멘트보드(60)의 사이에 설치되며, 결합볼트(112)가 길이방향으로 인접한 단위분절 시멘트보드(60)의 하부 및 상부에 각각 위치하도록 할 수 있다.
이와 같은 보드 결합부재(11)는 (b) 내지 (c) 단계 이후에도 결합볼트(112)가 외부로 돌출되도록 하며, (e) 단계에서, 단위분절 시멘트보드(60)의 길이방향 양단부에는 결합공(61)이 통공되도록 하여 결합볼트(112)에 결합공(61)이 끼워져 너트(13)로 결합되도록 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 내진보강 및 내화성 확보를 위하여 에프알피 시트 및 시멘트보드를 이용한 기둥 보강방법으로 보강한 기둥에 횡력작용시 거동을 도시한 일 실시예이다.
이와 같은 구성으로 도 7에서와 같이, 지진 횡력 발생시에 단위분절 시멘트보드(60)가 상부와 하부에 각각 고정된 결합볼트(112)를 축으로 비틀림 작용을 하여 횡력 방향으로 거동이 원활하게 함으로써 전단 변형을 유도하고 지진 에너지를 흡수하도록 할 수 있는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 에프알피 시트 및 시멘트보드를 이용한 기둥 보강방법은 콘크리트 기둥 또는 CFT(Concrete Filled Tube) 기둥의 표면에 에프알피 시트를 부착하여 내력을 증진시키도록 하고, 단위부재로 분절된 형상의 복수의 시멘트보드를 기둥의 각변마다 길이방향과 폭방향으로 연속되도록 복수개를 부착하여 접착제 등의 화재의 취약한 성질을 개선하도록 하면서도 지진 등의 외부 충격에 기둥의 변곡점 구간에서 시멘트보드가 기둥과 동시에 유동하도록 함으로써 시멘트보드가 훼손되거나 이탈하지 않도록 하는 매우 유용한 효과가 있다.
지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
1 : 기둥
11 : 보드 결합부재
111 : 부착판
112 : 결합볼트
113 : 앵커부
12 : 앵커홀
13 : 너트
20 : 에폭시
30 : 에프알피 시트
40 : 모르타르
50 : 코너보강재
51 : 완충부재
60 : 단위분절 시멘트보드
61 : 결합공

Claims (7)

  1. (a) 기둥(1) 표면에 이물질을 제거하고, 부착판(111)과, 부착판(111)의 외측면으로 돌출하도록 중앙부 또는 상부와 하부에 각각 형성되는 결합볼트(112)가 구성되는 보드 결합부재(11)를 기둥(1)의 길이방향 일정 간격마다 폭방향으로 일정 간격으로 설치하는 단계;
    (b) 기둥(1) 표면에 에폭시(20)를 도포한 후 에프알피 시트(30)를 랩핑하는 단계;
    (c) 에프알피 시트(30)의 표면에 일정두께로 모르타르(40)를 도포하는 단계;
    (d) 기둥(1)의 각 코너에 ㄴ형 단면의 코너보강재(50)를 부착하는 단계;
    (e) 코너보강재(50)와 코너보강재(50)의 사이 구간의 기둥(1) 표면에는 일정 길이로 분절된 판형상으로 길이방향 양단부에는 결합공(61)이 통공되는 단위분절 시멘트보드(60)를 결합볼트(112)에 결합공(61)이 끼워져 너트(13)로 결합되도록 기둥(1)의 각 변의 길이방향과 폭방향으로 연속하여 부착하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 내진보강 및 내화성 확보를 위하여 에프알피 시트 및 시멘트보드를 이용한 기둥 보강방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    (b) 단계에서,
    에프알피 시트(30)는 아라미드섬유 시트(Aramid Fiber Reinforced Polymer, AFRP) 인 것을 특징으로 하는 내진보강 및 내화성 확보를 위하여 에프알피 시트 및 시멘트보드를 이용한 기둥 보강방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    (d) 단계에서,
    코너보강재(50)는 단위분절 시멘트보드(60)와 동일한 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내진보강 및 내화성 확보를 위하여 에프알피 시트 및 시멘트보드를 이용한 기둥 보강방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    (d) 단계에서,
    코너보강재(50)는 단위분절 시멘트보드(60)의 길이와 동일한 길이로 분절되어 형성되는 것을 특징으로 하는 내진보강 및 내화성 확보를 위하여 에프알피 시트 및 시멘트보드를 이용한 기둥 보강방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    (d) 단계에서,
    코너보강재(50)는 외측단부에 일정두께의 완충부재(51)가 구성되어, 단위분절 시멘트보드(60)와 코너보강재(50)사이의 공간을 항상 밀실하게 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 내진보강 및 내화성 확보를 위하여 에프알피 시트 및 시멘트보드를 이용한 기둥 보강방법.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    (a) 단계에서,
    보드 결합부재(11) 부착판(111)의 내측면으로 돌출하도록 앵커부(113)가 형성되고,
    기둥(1)의 외부표면에 앵커부(113)에 대응하는 앵커홀(12)이 형성되어, 앵커홀(12)에 앵커부(113)를 삽입하여 설치하도록 하는 것을 특징으로 하는 내진보강 및 내화성 확보를 위하여 에프알피 시트 및 시멘트보드를 이용한 기둥 보강방법.
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