KR20160109675A - 내진 성능 시험 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내진 성능 시험 장치에 관한 것으로 구조물을 지지하는 구조물 지지대의 내진 시험을 위한 내진 성능 시험 장치이고, 상기 구조물 지지대가 장착되는 장착부재가 구비되는 베이스 몸체부, 상기 베이스 몸체부재에 상기 장착부와 이격되게 장착되어 상기 구조물 지지대의 단부를 탄성 지지하는 진동 모사부, 상기 자중 모사부에 장착되어 상기 구조물 지지대의 단부를 지지하고, 상기 구조물 지지대에 의해 가압되는 하중을 측정하는 로드셀 및 상기 구조물 지지대의 상부를 가압하는 가압 기기를 포함하여 매우 크고 무거운 구조물을 지지하고 있는 교각형 지지대의 지진하중에 의한 변형을 해당 강체의 자중을 압축하중을 가하여 모사함으로써 구조물을 포함하지 않고 지지대만으로 지진하중에 대한 영향을 평가할 수 있어 시험편 제작비용이 크게 절감되고 시험이 간편하게 한다.

Description

내진 성능 시험 장치{Testing apparatus for evaluating seismic performance}

본 발명은 내진 성능 시험 장치에 관한 것으로 더 상세하게는 천연가스 공급 관리소에 설치된 볼밸브 등과 같이 매우 무거운 구조물을 지지하고 있는 구조물 지지대의 내진 성능을 정확하게 평가할 수 있는 내진 성능 시험 장치에 관한 것이다.

일반적으로 LNG 운반선을 통해 수입된 천연가스는 하역설비를 통해 저장탱크에 저장되었다가 기화설비에서 기화되어 천연가스 공급관리소로 공급되고, 이로부터 발전소 및 도시가스사로 공급이 이루어지며, 이때 정압설비를 통하여 일정한 압력으로 감압되어 공급된다.

도 1을 참고하면, 상기 천연가스 공급관리소에는 가스를 공급하기 위한 대형 가스배관이 배관되며, 상기 가스 배관에는 필요에 따라 가스의 흐름을 차단하는 볼밸브가 설치되며, 상기 볼밸브는 밸브 지지대에 의해 지지된다.

상기 밸브 지지대는 상단부가 상기 볼밸브의 전면에 볼트 체결로 장착되고, 하단부가 절곡되어 바닥판 상에 고정되는 구조를 가진다.

상기 볼밸브는, 가스를 공급하기 위한 대형 가스배관이 연결되고, 지진 발생 시 가스가 유출되는 경우 대형 사고를 유발할 수 있으므로 지진하중에 대한 충분한 내진 성능을 확보하는 것이 바람직하다.

종래의 내진 성능 시험 장치에 대한 관련 선행기술로 국내특허공개 제2003-0058412호 '대형 진동삼축시험기'(2003.07.07 공개)가 있다.

그런데, 실제 볼밸브는 통상 4개의 밸브 지지대에 의해 지지되고 무게와 크기가 큰 구조물이기 때문에 상기 '대형 진동삼축시험기'의 진동대를 이용하여 내진 성능을 평가하기 사실상 불가능한 문제점이 있다.

즉, 상기 국내특허공개 제2003-0058412호 '대형 진동삼축시험기'(2003.07.07 공개)는 진동대에 실 구조물을 올려두고 가진하여 내진 시험을 시행하기 때문에 천연가스 공급 관리소에 설치된 볼밸브 등과 같이 대형 구조물의 내진 성능을 시험할 수 없는 문제점이 있다.

또한, 천연가스 공급 관리소에 설치된 볼밸브 등과 같이 대형 구조물의 경우 시험편의 제작 및 진동대 시험에 따른 비용이 크게 발생하고 지진하중 작용에 따른 구조물의 변위를 측정하기 위해 여러 가지 센서를 부착해야 하므로 시험이 까다로운 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 천연가스 공급 관리소에 설치된 볼밸브 등과 같이 대형 구조물의 내진 성능을 적은 비용으로 정확하게 시험할 수 있는 내진 성능 시험 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 내진 성능 시험 장치는, 구조물을 지지하는 구조물 지지대의 내진 시험을 위한 내진 성능 시험 장치이고,

상기 구조물 지지대가 장착되는 장착부재가 구비되는 베이스 몸체부;

상기 베이스 몸체부재에 상기 장착부와 이격되게 장착되어 상기 구조물 지지대의 단부를 탄성 지지하는 진동 모사부;

상기 자중 모사부에 장착되어 상기 구조물 지지대의 단부를 지지하고, 상기 구조물 지지대에 의해 가압되는 하중을 측정하는 로드셀; 및

상기 구조물 지지대의 상부를 가압하는 가압 기기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 장착부재는, 상기 구조물 지지대를 볼트 체결로 장착할 수 있는 복수의 장착구멍을 구비하여 다양한 형상의 구조물 지지대를 장착할 수 있다.

본 발명에서 상기 로드셀은 상기 장착부를 향한 일면에 상기 구조물 지지대의 단부가 접촉되어 지지되는 평면의 가압지지판이 구비될 수 있다.

본 발명에서 상기 진동 모사부는, 상기 로드셀이 장착되는 로드셀 장착판; 상기 로드셀 장착판을 탄성 지지하는 스프링부재; 상기 스프링부재가 장착되며 이동 가능한 스프링 장착판부재; 및 상기 스프링 장착판부재를 이동시켜 상기 스프링부재가 상기 로드셀 장착판과 상기 스프링 장착판 사이에 압축되는 량을 조절하여 상기 구조물 지지대에 가해지는 자중을 변경하는 지지대 자중 조절기기를 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 지지대 자중 조절기기는, 상기 회전 베이스 링크부재에 장착 고정되는 스프링 지지고정부재; 및 상기 스프링 지지고정부재를 관통하여 상기 스프링 지지고정부재에 나사결합되며 단부가 상기 스프링 장착판부재에 회전가능하게 결합되는 이동 스크류부재를 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 지지대 자중 조절기기는, 상기 스프링 지지고정부재를 관통하여 직선 이동가능하며 상기 스프링 장착판부재에 고정되는 가이드 바부재를 더 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 가입 기기는, 상, 하로 작동되는 엑추에이터 로드부재; 상기 엑추에이터 로드에 제1힌지축으로 회전가능하게 결합하는 가압로드부재; 및 상기 제1가압로드부재에 제2힌지축으로 회전가능하게 결합하며 단부가 상기 구조물 지지대의 상면을 접촉 가압하는 회전 가압부재를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 내진 성능 시험 장치는, 상기 로드셀에 연결되어 상기 로드셀에서 감지된 하중을 전달받아 상기 가압 기기의 가압에 의해 상기 구조물 지지대가 파단될 때의 하중 즉, 최대하중을 확인할 수 있도록 하는 시험 모니터부를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 매우 크고 무거운 구조물을 지지하고 있는 교각형 지지대의 지진하중에 의한 변형을 해당 강체의 자중을 압축하중을 가하여 모사함으로써 구조물을 포함하지 않고 지지대만으로 지진하중에 대한 영향을 평가할 수 있어 시험편 제작비용이 크게 절감되고 시험이 간편한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 다수의 구조물에 대한 내진 시험을 해야 하는 경우 해당 구조물을 지지하는 교각형 지지대만 교체하여 시험하고, 자중 또한 자유로이 부여할 수 있어 다양한 조건에서의 내진 성능 시험이 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 매우 무겁고 큰 구조물에 대한 내진시험을 간단하고 안정적으로 시행할 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 볼밸브의 일 예를 도시한 사시도
도 2는 본 발명에 따른 내진 성능 시험 장치의 일 실시예를 도시한 사시도
도 3은 본 발명에 따른 내진 성능 시험 장치의 일 실시예를 도시한 측면도
도 4는 본 발명에 따른 내진 성능 시험 장치의 사용 예를 도시한 사시도
도 5는 본 발명에 따른 내진 성능 시험 장치의 사용 예를 도시한 측면도
도 6은 본 발명에 따른 내진 성능 시험 장치를 이용한 내진 시험의 결과를 도시한 그래프

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 1은 일반적인 볼밸브의 일 예를 도시한 사시도로써 도 1을 참고하면 본 발명은 천연가스 공급 관리소에 설치된 볼밸브 등과 같이 매우 무거운 구조물을 지지하고 있는 구조물 지지대(2)의 내진 성능 시험을 위한 내진 성능 시험 장치이다.

상기 구조물은 천연가스 공급 관리소에 설치된 볼밸브(1)이고, 상기 구조물 지지대(2)는 상기 볼밸브를 지지하는 교각형 밸브 지지대인 것을 일 예로 한다.

상기 구조물 지지대(2)는, 상단부에 구조물과 볼트 체결을 위한 제1체결공이 구비되고, 하단부에 절곡되고 볼트 체결을 위한 제2체결공이 구비된 받침부를 구비하여 상단부가 상기 구조물 즉, 상기 볼밸브(1)에 볼트 체결로 장착되고 상기 받침부가 바닥판(3)에 볼트 체결로 장착되어 상기 받침부에서 세워져 상기 볼밸브(1)를 지지하는 구조를 가지는 것을 일 예로 한다.

또한, 본 발명에 따른 내진 성능 시험 장치는 평가하고자 하는 대상의 고유진동수가 지진의 주기범위인 0Hz ~ 33Hz를 상회하여 공진에 의한 피해를 고려하지 않아도 되는 등가정하중 시험이 필요한 구조물의 내진성능 평가에 사용되는 것이 바람직함을 밝혀둔다.

도 2는 본 발명에 따른 내진 성능 시험 장치의 일 실시예를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 내진 성능 시험 장치의 일 실시예를 도시한 측면도이다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 내진 성능 시험 장치는, 상기 구조물 지지대(2)가 장착되는 장착부재(11)가 구비되는 베이스 몸체부(10)를 포함한다.

상기 베이스 몸체부(10)에는 상기 장착부재(11)와 이격되게 상기 구조물 지지대(2)의 단부를 탄성 지지하는 진동 모사부(20)가 장착된다.

상기 베이스 몸체부(10)는, 고정된 상태로 배치되고, 상기 장착부재(11)가 구비되는 고정 베이스 링크부재(12); 및

상기 고정 베이스 링크부재(12)에 상, 하로 회전 가능하게 힌지 결합하며 상기 진동 모사부(20)가 장착되는 회전 베이스 링크부재(13)를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 장착부재(11)는, 복수의 장착구멍(11a)을 구비하여 상기 장착구멍(11a)과 상기 구조물 지지대(2)의 제1체결공을 통해 볼트 체결로 상기 구조물 지지대(2)의 상단부가 장착되어 상기 구조물 지지대(2)를 가로로 배치될 수 있게 한다.

상기 진동 모사부(20)에는 로드셀(30)이 장착되며, 상기 로드셀(30)은 상기 장착부재(11)에 장착된 상기 구조물 지지대(2)의 단부를 지지하고, 상기 구조물 지지대(2)에 의해 가압되는 하중을 측정한다.

상기 장착부재(11)에 장착된 상기 구조물은 가압 기기(40)에 의해 상부가 가압되고, 본 발명의 일 실시예에 의한 내진 성능 시험 장치는, 상기 로드셀(30)에 연결되어 상기 로드셀(30)에서 감지된 하중을 전달받아 상기 가압 기기(40)의 가압에 의해 상기 구조물 지지대(2)가 파단될 때의 하중 즉, 최대하중을 확인할 수 있도록 하는 시험 모니터부(50)를 더 포함할 수 있다.

상기 로드셀(30)은 상기 장착부재(11)를 향한 일면에 상기 구조물 지지대(2)의 단부가 접촉되어 지지되는 평면의 가압지지판(31)이 구비되어 상기 가압지지판(31)을 통해 상기 구조물 지지대(2)가 휘어지면서 상기 가압지지판(31)을 가압하는 힘을 정확하게 상기 로드셀(30)로 전달할 수 있도록 하고, 상기 가압지지판(31)의 단부와 상기 로드셀(30)이 직접 접촉함으로써 시험 중 상기 로드셀(30)의 파손을 방지한다.

상기 진동 모사부(20)는, 상기 로드셀(30)이 장착되는 로드셀(30) 장착판(21);

상기 로드셀(30) 장착판(21)을 탄성 지지하는 스프링부재(22);

상기 스프링부재(22)가 장착되며 이동 가능한 스프링 장착판부재(23); 및

상기 스프링 장착판부재(23)를 이동시켜 상기 스프링부재(22)가 상기 로드셀(30) 장착판(21)과 상기 스프링 장착판 사이에 압축되는 량을 조절하여 상기 구조물 지지대(2)에 가해지는 자중을 변경하는 지지대 자중 조절기기(24)를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 지지대 자중 조절기기(24)는, 상기 회전 베이스 링크부재(13)에 장착 고정되는 스프링 지지고정부재(24a); 및

상기 스프링 지지고정부재(24a)를 관통하여 상기 스프링 지지고정부재(24a)에 나사결합되며 단부가 상기 스프링 장착판부재(23)에 회전가능하게 결합되는 이동 스크류부재(24b)를 포함한다.

상기 이동 스크류부재(24b)는 상기 스프링 지지고정부재(24a)를 관통하여 나사결합됨으로써 회전 시 회전방향에 따라 상기 장착부재(11)를 향해 전진 또는 그 반대로 후진하여 상기 스프링부재(22)가 상기 로드셀(30) 장착판(21)과 상기 스프링 장착판 사이에 압축되는 량을 조절한다.

또한, 상기 지지대 자중 조절기기(24)는, 상기 스프링 지지고정부재(24a)를 관통하여 직선 이동가능하며 상기 스프링 장착판부재(23)에 고정되는 가이드 바부재(24c)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 가이드 바부재(24c)는, 상기 이동 스크류부재(24b)의 회전에 의해 상기 스프링 장착판부재(23)가 상기 장착부재(11)를 향해 정확하고 원활하게 직선왕복이동할 수 있도록 안내한다.

상기 가입 기기는, 상, 하로 작동되는 엑추에이터 로드부재(41);

상기 엑추에이터 로드부재(41)에 제1힌지축으로 회전가능하게 결합하는 가압로드부재(42); 및

상기 제1가압로드부재(42)에 제2힌지축으로 회전가능하게 결합하며 단부가 상기 구조물 지지대(2)의 상면을 접촉 가압하는 회전 가압부재(43)를 포함한다.

상기 엑추에이터 로드부재(41)는 유압 실린더의 피스톤 로드일수 있고, 상기 피스톤 로드에 연결된 것일 수도 있으며, 모터의 회전력을 직선이동으로 변환하여 상, 하 이동되는 것일 수도 있고, 이외에도 상, 하 작동되는 어떠한 예로도 변형 실시될 수 있음을 밝혀둔다.

도 4는 본 발명에 따른 내진 성능 시험 장치의 사용 예를 도시한 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 내진 성능 시험 장치의 사용 예를 도시한 측면도로써, 본 발명에 따른 내진 성능 시험 장치는 상기 장착부재(11)에 상기 구조물 지지대(2)를 볼트 체결로 장착 한 후 상기 이동 스크류부재(24b)를 회전시켜 상기 스프링부재(22)에 의해 상기 구조물 지지대(2)에 가해지는 자중을 조절한다.

상기 스프링부재(22)의 가압에 의해 상기 구조물 지지대(2)에 가해지는 자중은 상기 로드셀(30)에 의해 측정되며, 상기 구조물 지지대(2)가 지지하는 해당 구조물의 자중에 대응되게 설정된다.

일 예로, 천연가스 공급 관리소에 설치된 볼밸브(1)를 지지하는 밸브 지지대(2a)의 내진 시험 시 상기 볼밸브(1)를 통상 4개의 밸브 지지대(2a)로 분할 지지하므로 상기 볼밸브 자중의 1/4이 되도록 상기 스프링부재(22)의 가압에 의해 상기 구조물 지지대(2)에 가해지는 자중을 조절한다.

상기한 바와 같이 상기 구조물 지지대(2)에 가해지는 자중 조절이 완료된 후에는 상기 가압 기기(40)를 작동시켜 상기 회전 가압부재(43)로 상기 구조물 지지대(2)를 가압한다.

상기 구조물 지지대(2)는 상기 회전 가압부재(43)에 의해 가압되어 점차 휘어져 단부가 상기 로드셀(30)을 가압하게 되고, 결국 파단하게 되고, 상기 로드셀(30)에 의해 감지된 하중은 상기 시험 모니터부(50)로 전달되어 상기 시험 모니터부(50)를 통해 상기 가압 기기(40)의 가압에 의해 상기 구조물 지지대(2)가 파단될 때의 하중 즉, 최대하중을 확인할 수 있는 것이다.

한편, 상기 베이스 몸체부(10)는 상기 가압 기기(40)에 의해 상기 구조물 지지대(2)가 가압되어 굽힘 변형이 발생되는 경우에 상기 진동 모사부(20)가 상기 고정 베이스 링크부재(12)와 일체로 회전되므로 시험 중 상기 진동 모사부(20)에 의한 즉, 상기 스프링부재(22)에 의해 상기 구조물 지지대(2)로 가해지는 자중의 크기가 일정하게 유지될 수 있는 것이다.

또한, 상기 엑추에이터 로드부재(41)는 상기 가압로드부재(42)와 상기 회전 가압부재(43)가 각각 회전 가능한 2절 링크구조를 가지게 되어 상기 회전 가압부재(43)로 상기 구조물 지지대(2)를 가압 시 상기 구조물 지지대(2)에 굽힘 변형이 발생되더라도 상기 구조물 지지대(2) 상에 가해지는 지진력(전단력)의 방향이 항상 일정하도록 하는 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 내진 성능 시험 장치를 이용하여 구조물 지지대(2)로 세 가지 서로 다른 형태의 천연가스 공급 관리소의 밸브 지지대(2a)를 시험한 결과 그래프이다. 본 발명은 다양한 형태의 밸브 지지대(2a)의 내진 성능을 평가할 수 있다.

본 발명에 따른 내진 성능 시험 장치를 이용한 내진 성능 시험을 통해 얻어진 결과 그래프를 통해 각 밸브지지대의 강도와 강성을 상호 비교할 수 있어 최적의 밸브지지대를 판단하는 방법으로 본 시험 장치를 활용할 수 있다.

본 발명은 매우 크고 무거운 구조물을 지지하고 있는 교각형 지지대의 지진하중에 의한 변형을 해당 강체의 자중을 압축하중을 가하여 모사함으로써 구조물을 포함하지 않고 지지대만으로 지진하중에 대한 영향을 평가할 수 있어 시험편 제작비용이 크게 절감되고 시험이 간편하다.

또한, 본 발명은 다수의 구조물에 대한 내진 시험을 해야 하는 경우 해당 구조물을 지지하는 교각형 지지대만 교체하여 시험하고, 자중 또한 자유로이 부여할 수 있어 다양한 조건에서의 내진 성능 시험이 가능하다.

또한, 본 발명은 매우 무겁고 큰 구조물에 대한 내진시험을 간단하고 안정적으로 시행할 수 있도록 한다.

이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구 범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

10 : 베이스 몸체부 11 : 장착부재
12 : 고정 베이스 링크부재 13 : 회전 베이스 링크부재
20 : 진동 모사부 21 : 로드셀 장착판
22 : 스프링부재 23 : 스프링 장착판부재
24 : 지지대 자중 조절기기 24a : 스프링 지지고정부재
24b : 이동 스크류부재 24c : 가이드 바부재
30 : 로드셀 31 : 가압지지판
40 : 가압 기기 41 : 엑추에이터 로드부재
42 : 가압로드부재 43 : 회전 가압부재
50 : 시험 모니터부

Claims (8)

1. 구조물을 지지하는 구조물 지지대의 내진 시험을 위한 내진 성능 시험 장치이고,
   상기 구조물 지지대가 장착되는 장착부재가 구비되는 베이스 몸체부;
   상기 베이스 몸체부재에 상기 장착부와 이격되게 장착되어 상기 구조물 지지대의 단부를 탄성 지지하는 진동 모사부;
   상기 자중 모사부에 장착되어 상기 구조물 지지대의 단부를 지지하고, 상기 구조물 지지대에 의해 가압되는 하중을 측정하는 로드셀; 및
   상기 구조물 지지대의 상부를 가압하는 가압 기기를 포함하는 것을 특징으로 하는 내진 성능 시험 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 장착부재는, 상기 구조물 지지대를 볼트 체결로 장착할 수 있는 복수의 장착구멍을 구비하여 다양한 형상의 구조물 지지대를 장착할 수 있는 것을 특징으로 하는 내진 성능 시험 장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 로드셀은 상기 장착부를 향한 일면에 상기 구조물 지지대의 단부가 접촉되어 지지되는 평면의 가압지지판이 구비되는 것을 특징으로 하는 내진 성능 시험 장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 진동 모사부는, 상기 로드셀이 장착되는 로드셀 장착판;
   상기 로드셀 장착판을 탄성 지지하는 스프링부재;
   상기 스프링부재가 장착되며 이동 가능한 스프링 장착판부재; 및
   상기 스프링 장착판부재를 이동시켜 상기 스프링부재가 상기 로드셀 장착판과 상기 스프링 장착판 사이에 압축되는 량을 조절하여 상기 구조물 지지대에 가해지는 자중을 변경하는 지지대 자중 조절기기를 포함하는 것을 특징으로 하는 내진 성능 시험 장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 지지대 자중 조절기기는,
   상기 회전 베이스 링크부재에 장착 고정되는 스프링 지지고정부재; 및
   상기 스프링 지지고정부재를 관통하여 상기 스프링 지지고정부재에 나사결합되며 단부가 상기 스프링 장착판부재에 회전가능하게 결합되는 이동 스크류부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 내진 성능 시험 장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 지지대 자중 조절기기는,
   상기 스프링 지지고정부재를 관통하여 직선 이동가능하며 상기 스프링 장착판부재에 고정되는 가이드 바부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내진 성능 시험 장치.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 가입 기기는,
   상, 하로 작동되는 엑추에이터 로드부재;
   상기 엑추에이터 로드에 제1힌지축으로 회전가능하게 결합하는 가압로드부재; 및
   상기 제1가압로드부재에 제2힌지축으로 회전가능하게 결합하며 단부가 상기 구조물 지지대의 상면을 접촉 가압하는 회전 가압부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 내진 성능 시험 장치.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 로드셀에 연결되어 상기 로드셀에서 감지된 하중을 전달받아 상기 가압 기기의 가압에 의해 상기 구조물 지지대가 파단될 때의 하중 즉, 최대하중을 확인할 수 있도록 하는 시험 모니터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내진 성능 시험 장치.

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