KR20040039202A - 빌딩 트레이드에 사용되는 스트립 타입 인장 부재용지지봉 - Google Patents

빌딩 트레이드에 사용되는 스트립 타입 인장 부재용지지봉 Download PDF

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KR20040039202A
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한스-페터 안드레
게르트 쾨니히
마르쿠스 마이어
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레온하르트, 안드레 운트 파트너 베라텐데 인제니외어파우베이 게엠베하
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Abstract

본 발명은 접착 및/또는 마찰에 의해 인장 부재(1)와 포지티브하게 결합된 적어도 하나의 고정 바디(2)를 구비하고, 상기 고정 바디가 고정식 교대에 지지될 수 있도록 구성된, 특히 섬유 보강된 플라스틱 박막층으로 이루어지고 빌딩 트레이드에 사용되는 스트립 타입 인장 부재(1)용 지지봉에 관한 것이다. 상기 고정 바디(2)는 인장 부재(1)의 세로 방향으로 상호 간격을 두고 배치된, 접착 및/또는 마찰에 의해 상기 인장 부재(1)와 결합된 다수의 클램핑 블록(3)을 포함하고, 이 경우 상기 클램핑 블록 중 하나의 블록은 상이한 스프링 강성의 팽창 섹션(9)에 의해 서로 결합되어 있으며, 이 경우 상기 팽창 섹션(9)의 스프링 강성은 인장 부재(1)의 단부로 가면서 증가한다. 상기 팽창 섹션(9)은 상이한 핀 횡단면 및 리세스를 구비한 연결핀으로서 구현되거나 또는 상이한 탄성 계수를 갖는 재료로 이루어질 수 있다.

Description

빌딩 트레이드에 사용되는 스트립 타입 인장 부재용 지지봉{TIE ROD FOR A STRIP-TYPE TENSION MEMBER, USED IN THE BUILDING TRADE}
강철 콘크리트 또는 철근 콘크리트로 이루어진 지지 틀 구조물(supporting framework)의 지지 강도를 높이기 위해(단련) 또는 상기 구조물의 원래의 지지 강도를 회복시키기 위해(회생), 추후에 상기 지지 틀 구조물의 외부면에 압축 응력을 받은 스트립 타입의 인장 부재를 설치하는 것이 공지되어 있다. 이를 위해서는 바람직하게 강철 박막층 외에 섬유 보강된 플라스틱 박막층, 특히 탄소 섬유에 의해 보강된 플라스틱(CFK), 아라미드에 의해 보강된 플라스틱(AFK) 및 유리에 의해 보강된 플라스틱(GFK)이 사용된다.
상기와 같은 섬유 보강된 플라스틱, 특히 바람직하게 사용된 탄소 섬유 보강된 플라스틱의 한 가지 중요한 특성은, 상기 플라스틱으로 제작된 스트립 타입의 인장 부재가 파괴에 이를 때까지 선형의 탄성 특성을 나타낸다는 것이다. 인장 부재의 단부를 고정시키는 것이 필수적인 경우에는, 단축의 인장 응력 상태가 유지되도록 주의를 기울여야 한다. 고정 장소에서의 현저한 응력 스파이크 및/또는 편향에 의해 야기되는 2축의 인장 응력 상태는 스트립 타입 인장 부재의 손상 또는 심지어 파괴를 야기할 수 있다.
스트립 타입 인장 부재를 고정 바디에 접착 고정시키는 경우에는, 상기 인장 부재의 자유 인장 길이로부터 고정 구역으로 넘어가는 전이부가 강도 면에서 불안정성을 나타낸다. 인장 부재에 의해 도입된 부하를 전단 응력에 의해서 흡수하는 활성화 가능한 접착 길이가 비교적 짧기 때문에, 자유 인장 길이로부터 고정 구역으로 넘어가는 전이부에서는 전단 응력 스파이크가 야기되며, 상기 스파이크는 접착 라인에서 국부적으로 허용되는 전단 응력을 초과하여 파괴 응력에 도달하게 된다. 이와 같은 경우에 있어서 접착시의 결정적인 파괴 기준은 접착제의 점착력의 초과 및/또는 스트립 타입 인장 부재의 플라스틱 매트릭스의 파괴이다. 그에 의해 형성되는 파괴-전단 응력의 선두(front)는 접착 결합이 완전히 실패할 때까지 접착 라인을 따라서 이동한다.
특히 독일 특허 출원 공개 공보 제 198 49 605호에는, 접착 효과를 높이기 위해 고정 바디 및 상기 바디와 접착된 인장 부재 사이에 추가의 결착력(clamping power)을 제공하는 것이 공지되어 있다. 상기 결착력에 의해 형성되는 2축의 응력 상태(세로 장력/제한된 가로 압력)는 인장 부재에 대해 무해한데, 그 이유는 가로 인장이 나타나지 않기 때문이다. 오히려 표준 파괴 강도를 상승시킨다. 하지만 그에 의해서는 자유 인장 길이로부터 고정 구역으로 넘어가는 전이부에서의 전단응력 스파이크가 감소되지 않는다.
자유 인장 길이로부터 고정 구역으로 넘어가는 전이부에서의 전단 응력 스파이크를 감소시키고 회피하여 상기 문제를 해결하기 위해, 접착제의 특성을 접착 도입 구간을 따라 변경시키는 것이 이미 제안되어 있으며, 상기 변경은 한편으로는 고정부로 넘어가는 전이부에 비교적 약한(전단 계수가 낮은) 접착제를 사용함으로써 이루어지고, 다른 한편으로는 접착제가 높은 전단 계수를 가짐으로 훨씬 더 강성으로 작용하도록 접착 특성을 고정부의 다른 단부 쪽으로 가면서 변경시킴으로써 이루어진다. 그러나 접착제 재료의 선택 및 특히 접착제를 제공할 때 전술한 조건을 준수하는 것은 매우 높은 수준의 요구 조건을 제기하여 특히 나중에 통제를 불가능하게 한다.
접착 라인에 구멍난 플레이트 또는 그와 유사한 재료를 삽입하는 것도 공지되어 있다. 그럼으로써, 전체 부하 수용 능력에 악영향을 미치지 않으면서 접착 라인의 전단 계수가 낮아진다. 그로 의해 유해한 전단 응력 스파이크는 감소될 수 있으나, 그 감소 정도는 많은 적용예를 위해 충분한 수준은 아니다.
본 발명은 접착 및/또는 마찰에 의해 인장 부재와 포지티브하게 결합된 적어도 하나의 고정 바디를 구비하고, 상기 고정 바디가 고정식 교대(abutment)에 지지될 수 있도록 구성된, 특히 섬유 보강된 플라스틱 박막층으로 이루어지고 빌딩 트레이드에 사용되는 스트립 타입 인장 부재용 지지봉(tie rod)에 관한 것이다.
도 1은 스트립 타입 인장 부재용 지지봉을 개략적으로 도시한 종단면도로서, 본 도면에서는 상이한 스프링 강성의 팽창 섹션을 위해 스프링 심볼이 사용되며,
도 2는 도 1에 따라 개략적으로 도시된 지지봉의 평면도이고,
도 3은 스트립 타입 인장 부재용 지지봉의 한 실시예의 평면도이며,
도 4는 도 3에 따른 지지봉의 측면도로서, 본 도면에서는 고정된 교대에서 이루어지는 지지 작용이 도면을 명확하게 할 목적으로 삭제되어 있고,
도 5는 도 4에 따른 지지봉의 입체도이며,
도 6은 제 1 실시예에 따른 인장 바디의 평면도이고,
도 7은 도 6의 선 VII-VII를 따라 절단한 단면이며,
도 8-15는 도 6 및 7에 상응하게 도시된 추가 실시예이다.
본 발명의 과제는, 접착 라인 또는 마찰 영역에서 파괴 응력을 국부적으로 초과하는 전단 응력 스파이크의 형성이 회피되도록 서문에 언급한 유형의 지지봉을 개선하는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 따라, 고정 바디가 인장 부재의 세로 방향으로 상호 간격을 두고 배치된, 접착 및/또는 마찰에 의해 상기 인장 부재와 결합된 다수의클램핑 블록(3)(clamping block)을 포함하고, 이 경우 인장 부재의 단부 쪽으로 최종 클램핑 블록은 고정된 교대에 지지될 수 있으며, 상기 클램핑 블록이 상이한 스프링 강성의 팽창 섹션에 의해 서로 결합되며, 상기 팽창 섹션의 스프링 강성이 인장 부재의 단부로 가면서 증가함으로써 해결된다.
그럼으로써, 접착 라인 또는 마찰 영역에 전달된 인장력의 기울기는 하나의 단으로 나타나지만, 자유 인장 길이로부터 고정 구역으로 넘어가는 전이부까지 충분히 균일하게 강하된다. 전단 응력이 인장 부재의 자유 인장 길이로 넘어가는 전이부까지 점차적으로 감소됨으로써, 상기 장소에서는 접착제의 점착력 또는 최대로 가능한 마찰력이 초과되지도 않고 인장 부재의 손상도 나타나지 않는다.
본 발명의 한 바람직한 실시예에 따르면, 하나의 스트립 타입 인장 부재의 양면에 또는 2개의 스트립 타입 인장 부재의 한 층에 고정 바디를 각각 하나씩 배치하는 것이 제안되는데, 상기 고정 바디의 위·아래로 중첩 배치된 각각의 클램핑 블록은 클램핑 부재에 의해서 서로 결합되어 있다. 상기 클램핑 부재는 바람직하게 인장 부재 옆의 양측에 배치된 인장 볼트이다.
개별 클램핑 블록 사이에 배치되고 탄성력이 상이한, 즉 상이한 스프링 강성을 갖도록 형성된 팽창 섹션은 상이한 핀 횡단면을 갖는 연결핀보다 구조적으로 훨씬 더 간단한 방식 및 간단하게 제작될 수 있는 방식으로 구현된다. 하기에서 기술되는 다수의 방식으로 얻을 수 있는 상이한 핀 횡단면은 상이한 스프링 강성을 야기한다. 그럼으로써, 인장 부재의 유입 장소로부터 상기 인장 부재의 단부로 가면서 팽창 섹션의 스프링 강성이 증가되어야 한다는 요구 조건이 매우 간단하게 충족된다.
본 발명의 개념에 따른 바람직한 추가 실시예들은 추가 종속항들의 대상이다.
도면에 도시된 본 발명의 실시예들은 하기에서 상세하게 설명된다.
스트립 타입 인장 부재(1)용 지지봉, 예컨대 탄소 섬유 보강된 플라스틱으로 이루어진 박막층(CFK-박막층)의 기본 구성은 도 1 및 2를 참조하여 개략적으로 설명된다. 상기 스트립 타입 인장 부재(1)는 빌딩 트레이드에서 철근 콘크리트 또는 강철 콘크리트로 이루어진 지지 틀 구조물을 단련하고 회생시키기 위해서 사용된다. 스트립 타입 인장 부재는 예를 들어 콘크리트 표면에 접착되거나 또는 콘크리트 표면과 결합되지 않은 상태로 유지된다. 기술된 지지봉은 압축 응력을 제공하기 위해서 및/또는 인장 부재를 최종 고정시키기 위해서 이용된다.
이를 위해 고정 바디(2)는 접착 및 클램핑에 의해 인장 부재(1)와 결합된다. 그 대신에 마찰에 의해서도 결합이 이루어질 수 있다. 가능한 실시예의 한 예로서 하기에 접착 결합이 기술된다. 고정 바디(2)는 인장 부재(1)의 세로 방향으로 상호 간격을 두고 배치된 다수의 클램핑 블록(3)을 포함한다. 각각의 클램핑 블록(3)은 접착제층(4)을 통한 접착에 의해 인장 부재(1)와 결합된다. 도 1에 개략적으로만 도시된 연결 나사(5)에 의해 각각의 클램핑 블록이 클램핑 상대물(6)과 결합된다. 상기 클램핑 상대물(6)은 재차 인장 부재(1)의 하부면에 있는 제 2 클램핑 바디(2)의 (도시되지 않은) 부분일 수 있다.
인장 부재의 단부 쪽으로 마지막 클램핑 블록(3), 즉 도시된 실시예에서 가장 멀리 좌측에 배치된 클램핑 블록(3)은 고정된, 즉 지지 틀 구조물에 설치된 교대(7)에 예를 들어 유압식 인장 장치(8)를 통해 지지된다.
개별 클램핑 블록(3) 사이에는 도 1 및 2에 인장 스프링 그룹으로서 상징화된 팽창 섹션(9)이 형성된다. 인장 스프링의 상이한 두께는 상이한 스프링 강성을 갖는 팽창 섹션(9)이 구현되도록 형성되며, 이 경우 스프링 강성은 인장 부재(1)의 자유 인장 길이로부터 고정 구역으로 넘어가는 전이부(10)의 스프링 강성은 인장 부재(도 1 및 2의 좌측)의 단부로 가면서 증가한다.
팽창 섹션(9)의 스프링 강성은, 전단 응력을 통해 접착제층(4)에서 이루어지는 각 클램핑 블록(3) 내부로의 파워 도입이 접착제에서 최고로 허용되는 전단 응력을 초과하여 점착 파괴를 야기할 수 있는 전단 응력 스파이크의 형성을 저지하도록 선택되고 조절 가능하게 형성된다. 도면에 도시된 실시예들과 접착은 팽창 섹션(9)의 영역에서도 이루어질 수 있다.
팽창 섹션(9)의 상이한 스프링 강성은 상이한 구조적 방식으로 달성될 수 있다; 이에 대한 바람직한 예는 하기 도면에 도시되어 있다.
도 3-5에 도시된 인장 부재(1)용 지지봉, 예컨대 탄소 섬유 보강된 플라스틱 박막층의 실시예에서는, 2개의 스트립 타입 인장 부재(1)의 하나의 층의 양면에 고정 바디(2)가 각각 하나씩 배치되어 있고, 상기 바디의 각각 위·아래로 중첩 배치된 클램핑 블록(3)은 각각 인장 부재(1) 옆의 측면에 배치된 연결 나사(5)에 의해 서로 결합되고 클램핑 된다. 균일한 파워 도입을 위해 교대(7)는 각각 가로 요우크(11)(joke)를 통해 개별 클램핑 블록(3) 상에 나란히 놓여 있는 2개의 지지 장소(11a, 11b)에 걸쳐 작용한다. 그 대신에 소수의 중앙 지지 장소도 선택될 수 있다. 개별적으로 기능하는 다수의 동일한 지지봉은 위·아래 스택 방식에 의해 모듈로서 보다 큰 인장 부재로 조합될 수 있으며, 이 경우에는 보다 긴 공통의 인장 볼트(7)가 사용된다.
인장 부재(1)의 단부 쪽으로 마지막 클램핑 블록(3)은 고정 바디(2)의 헤드 플레이트(2a)와 연결된다. 상기 헤드 플레이트(2a)는 유압식 측면 고정 실린더(8)를 통해 고정식 교대(7)에 지지된다.
클램핑 블록(3) 사이에 있는 팽창 섹션(9)은 폭이 동일하지만 두께가 상이한연결핀(13)으로 형성된다. 상기 연결핀(13)의 두께는 전이부(10)로부터 헤드 플레이트(2a)로 가면서 그리고 그에 따라 인장 부재(1)의 단부로 가면서 증가한다.
도 6은 도 3-5에 따른 실시예에서 사용되는 바와 같은 고정 바디(2)의 기본적인 구성을 간략하게 도시한 평면도이다. 도 8-15에는 동일한 도시 방식으로 추가의 실시예가 도시되어 있다.
도 8 및 9에 따른 실시예에서 클램핑 블록(3) 사이에 팽창 섹션(9)을 형성하는 연결핀은 각각 다수의 핀 섹션(14)으로 이루어지며, 상기 핀 섹션은 리세스, 예컨대 도 8 및 9에 따른 실시예에서 스트립 타입 인장 부재(1)에 대해 수직으로 진행하는 보어(15)에 의해 상호 분리되어 있다. 개별 팽창 섹션(9)의 모든 핀 섹션(14)의 전체 핀 횡단면은 각각 상이하다. 도 8 및 9에 도시된 바와 같이, 보어(15)가 전이부(10)에 가장 가까이 있는 팽창 섹션(9)에서 최대 직경을 가짐으로써, 이 경우 모든 핀 섹션(14)의 전체 핀 횡단면은 가장 작다. 바로 그 다음의 팽창 섹션(9)에서는 보어(15)의 직경이 더 작다; 따라서 이 경우에는 전체 핀 횡단면이 더 크다. 마지막으로 인장 부재(1)의 단부 쪽으로 가장 가까운 팽창 섹션(9)에서의 보어(15) 직경은 더 작고, 전체 핀 횡단면은 더 크다.
도 10 및 11에 따른 실시예는 실제로 각 팽창 섹션(9)의 핀 섹션(14')을 분리시키는 보어(15')가 스트립 타입 인장 부재(1)의 표면에 대해서는 평행하게 진행하고 상기 인장 부재의 세로 방향에 대해서는 가로로 진행한다는 점에서만 전술한 실시예와 상이하다. 각각의 보어(15')는 각 팽창 섹션(9)에서 2개의 핀 섹션(14')을 상호 분리시킨다. 이 경우에도 또한 보어(15')의 직경은 전이부(10)로부터 출발하여 점차적으로 감소하는 한편, 핀 섹션(14')의 전체 핀 횡단면은 점차적으로 증가한다.
도 12 및 13에 따른 실시예에서 각 팽창 섹션(9)에는 인장 부재(1)의 세로 방향에 대해 가로로 정렬된 휨 섹션(16)이 형성되어 있다. 개별 팽창 섹션(9)의 휨 섹션(16)은 상이한 휨 강도를 갖는다.
휨 섹션(16) 또는 휨 바아는 각각 인장 부재(1)로부터 고정 바디(2) 내부로 연장되는 슬롯(17)과 반대 측면으로부터 고정 바디(2) 내부로 연장되는 슬롯(17) 사이에 형성되어 있다.
슬롯(17)의 깊이가 전이부(10)로부터 출발하여 점차 감소함으로써 휨 섹션(16)의 작용 길이가 감소한다. 그와 동시에 각각 이웃하는 슬롯(17)의 간격이 전이부(10)로부터 출발하여 점차 증가함으로써, 휨 섹션(16)의 두께는 증가한다. 개별적으로 적용되거나 또는 조합하여 적용될 수 있는 2가지 조치에 의해, 휨 섹션(16)의 스프링 강성은 전이부(10')로부터 출발하여 인장 부재(1)의 단부로 가면서 점차 증가한다.
도 14 및 15에 따른 실시예에서는 클램핑 블록(3) 사이에 있는 팽창 섹션(9)이 상이한 탄성 계수(E-계수)를 갖는 재료로 이루어진다. 팽창 섹션(9)용으로 사용된 재료의 탄성 계수는 전이부(10)로부터 출발하여 점차 증가한다. 즉, 팽창 섹션(9)의 스프링 강성은 인장 부재(1)의 단부로 가면서 점차 증가한다.
결합에 의한 "부하 전달 구역" 및 바람직하게는 결합 없는 "팽창 구역"으로 분류되는 고정 강도의 계단 형상의 기울기는, 손상을 야기하지 않으면서 선택된 결합 원리(접착 + 가로 압력 또는 마찰 + 가로 압력)에 의해 전달될 수 있는 만큼의 인장력만이 부하 도입 구역에 따라 박막층으로부터 방출되도록 하는 기능을 한다. 그에 따라 상기 부하 도입 구역은 팽창 구역의 팽창에 의해, 그 뒤에서 나타나는 추가 부하로부터 벗어나게 되고, 다음 부하 전달 구역이 작용하게 된다. 이상적인 경우에는 각각의 부하 도입 구역이 전체 인장력의 소정 부분을 인장 부재로부터 방출한다. 그 다음에 상기 인장력은 구성 부품으로 최종적인 전달이 이루어질 때까지 고정부에 수집된다. 상기 과정을 위해 팽창 구역에서 필요한 팽창은 적합한 스프링 강성에 의해 이루어져야 한다. 연속으로 연결되는 "클램핑 블록"의 개수는 인장 부재에서의 부하 크기 및 선택된 연결 원리(인장 부재와 고정면의 접착/점착 또는 단순한 마찰)에서 허용되는 부하 크기에 따라 결정된다. 그럼으로써, 종래 접착 방식에 비해 부하 도입 및 팽창 보상을 위한 대안적인 장치 없이도 전체 길이에 걸쳐서 접착 라인이 작용하게 된다.

Claims (12)

  1. 접착 및/또는 마찰에 의해 인장 부재와 포지티브하게 결합된 적어도 하나의 고정 바디를 구비하고, 상기 고정 바디가 고정식 교대에 지지될 수 있도록 구성된, 특히 섬유 보강된 플라스틱 박막층으로 이루어지고 빌딩 트레이드에 사용되는 스트립 타입 인장 부재용 지지봉에 있어서,
    상기 고정 바디(2)가 인장 부재(1)의 세로 방향으로 상호 간격을 두고 배치된, 접착 및/또는 마찰에 의해 상기 인장 부재(1)와 결합된 다수의 클램핑 블록(3)을 포함하고, 이 경우 상기 인장 부재(1)의 단부 쪽으로 최종 클램핑 블록(3)은 고정된 교대(7)에 지지될 수 있으며,
    상기 클램핑 블록(3)이 상이한 스프링 강성의 팽창 섹션(9)에 의해 서로 결합되며,
    상기 팽창 섹션(9)의 스프링 강성이 인장 부재(1)의 단부로 가면서 증가하는 것을 특징으로 하는 지지봉.
  2. 제 1 항에 있어서,
    하나의 스트립 타입 인장 부재(1)의 양면에 또는 2개의 스트립 타입 인장 부재(1)의 한 층에 고정 바디(2)가 각각 하나씩 배치되어 있고, 상기 고정 바디의 위·아래로 중첩 배치된 각각의 클램핑 블록(3)이 클램핑 부재(5)에 의해서 서로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 지지봉.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 클램핑 부재가 인장 부재(1) 옆의 양측에 배치된 인장 볼트(5)인 것을 특징으로 하는 지지봉.
  4. 제 1 항에 있어서,
    클램핑 블록(3) 사이에 있는 팽창 섹션(9)은 상이한 핀 횡단면을 갖는 연결핀(13, 14, 14')인 것을 특징으로 하는 지지봉.
  5. 제 4 항에 있어서,
    모든 연결핀(13)은 폭이 동일하지만 두께는 상이한 것을 특징으로 하는 지지봉.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 연결핀이 각각 리세스(15, 15')에 의해 상호 분리된 다수의 핀 섹션(14, 14')으로 이루어지며,
    상기 개별 팽창 섹션(9)의 전체 핀 횡단면이 각각 상이한 것을 특징으로 하는 지지봉.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 핀 섹션(14)을 분리시키는 리세스가 스트립 타입 인장 부재(5)에 대해 수직으로 진행하는 보어(15)인 것을 특징으로 하는 지지봉.
  8. 제 6 항에 있어서,
    스트립 타입 인장 부재(1)의 표면에 대해서는 평행하게 진행하고 상기 인장 부재의 세로 방향에 대해서는 가로로 진행하는 보어(15')가 각각 2개의 핀 섹션(14')을 서로 분리시키는 것을 특징으로 하는 지지봉.
  9. 제 1 항에 있어서,
    각 팽창 섹션(9)에 인장 부재(1)의 세로 방향에 대해 가로로 정렬된 휨 섹션(16)이 형성되어 있고, 상기 개별 팽창 섹션(9)의 휨 섹션(16)이 상이한 휨 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 지지봉.
  10. 제 10 항에 있어서,
    상기 휨 섹션(16)이 각각 인장 부재(1)로부터 고정 바디(2) 내부로 연장되는 슬롯(17)과 반대 측면으로부터 고정 바디(2) 내부로 연장되는 슬롯(17) 사이에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 지지봉.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 휨 섹션(16)의 두께 및/또는 길이가 상이한 것을 특징으로 하는 지지봉.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 팽창 섹션(9)이 상이한 탄성 계수를 갖는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지지봉.
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