KR20230158801A - 고강도 환봉 및 강재앵커가 구성된 u형 합성보 - Google Patents

고강도 환봉 및 강재앵커가 구성된 u형 합성보 Download PDF

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KR20230158801A
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Abstract

본 발명은 고강도 환봉 및 강재앵커가 구성된 U형 합성보에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 U형 본체의 중앙부 하부에 정모멘트를 저항하도록 구성되는 보강 철근을 고강도 환봉으로 대체함으로써 고강도에 따른 단면적 절감과 저비중으로 인하여 경량화를 할 수 있으며, U형 단면의 U형 본체에 강재 앵커를 구성하여 스터드 앵커의 기능을 하면서도 동시에 고강도 환봉을 고정하고 거치하는 수단으로 사용되는 고강도 환봉 및 강재앵커가 구성된 U형 합성보에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예는 수평판 형상의 하부 플레이트와, 수직판 형상으로 하부 플레이트 양측에 구성되는 측면 플레이트와, 수평판 형상으로 측면 플레이트의 상단부에 각각 구성되는 상부 플레이트로 이루어져 U형 단면을 갖는 U형 본체와; 중앙부에 관통구가 통공되어 형성되며, U형 본체의 하부 플레이트의 상부면에 길이방향 일정 간격마다 구성되는 강재 앵커와; 강재 앵커의 관통구를 관통하여 U형 본체의 길이방향으로 길이방향 중앙부에 배치되는 고강도 환봉;을 포함하여 이루어진다.

Description

고강도 환봉 및 강재앵커가 구성된 U형 합성보{U-shaped composite beam with high strength round bars and steel anchors}
본 발명은 고강도 환봉 및 강재앵커가 구성된 U형 합성보에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 U형 본체의 중앙부 하부에 정모멘트를 저항하도록 구성되는 보강 철근을 고강도 환봉으로 대체함으로써 고강도에 따른 단면적 절감과 저비중으로 인하여 경량화를 할 수 있으며, U형 단면의 U형 본체에 강재 앵커를 구성하여 스터드 앵커의 기능을 하면서도 동시에 고강도 환봉을 고정하고 거치하는 수단으로 사용되는 고강도 환봉 및 강재앵커가 구성된 U형 합성보에 관한 것이다.
최근 인장강도가 철근의 약 3배에 달하는 탄소 고분자 환봉을 개발 중이며, 이와 같은 탄소 고분자 환봉은 고강도, 경량, 비부식의 탄소섬유보강복합체(Carbon Fiber Reinforced Polymer)이며, 인장강도가 2,100MPa 이상에 달하는 것으로 알려져 있다.
따라서, 탄소 고분자의 고강도 환봉을 철근으로 대체 시, 고강도에 따른 단면적 절감, 단면적 절감과 저비중으로 인한 경량화 등의 잇점이 있지만, 내화성능확보와 정착 및 이음을 위한 돌기생성, 필요 시 단부 후크절곡 등을 구현하는 대안확보가 필요한 문제점이 있었다.
본 발명의 배경이 되는 기술로는 특허등록 제1499346호 "내화피복된 하이브리드 합성보 및 그의 시공방법"(특허문헌 1)이 있다. 상기 배경기술에서는 '상부판과, 상부판의 일단에서 수직으로 하향 연장된 측면판 및 측면판의 하단에서 상부판과 평행하게 그 반대방향으로 연장된 하부판으로 구성되어 서로 단면이 대칭되도록 평행하게 이격되는 한 쌍의 상부 부재와, 하부 수평판과, 하부 수평판의 양단에서 각각 수직으로 상향 연장된 수직판 및 수직판의 상단에서 하부 수평판과 평행하게 내측으로 연장되어 한 쌍의 상부 부재의 하부판에 볼트 접합되는 상부 수평판으로 포함하는 하부 부재와, 보의 길이방향을 따라 일정간격을 두고 보 길이방향에 대해 수직한 방향으로 한 쌍의 상부 부재의 하부판의 상면에 설치되어, 한 쌍의 상부 부재와 하부 부재를 결합시키는 볼트 사이의 간격을 넓게 하여 볼트 필요 개수를 줄이는 제1 앵글부재를 포함하는 강재 보, 강재 보에 타설, 양생되는 콘크리트를 포함하여 구성되며, 강재 보의 양단은, 브라켓 하부플랜지, 브라켓 하부플랜지 상면에서 이격되어 브라켓 하부플랜지에 수직하도록 접합되는 브라켓 웨브, 브라켓 웨브의 상단을 잇도록 브라켓 하부플랜지와 평행하게 접합되는 브라켓 상부플랜지로 구성되는 ㅍ자 브라켓에 접합되어 기둥에 고정되며, 강재 보와 ㅍ자 브라켓의 노출면에는 석고(Gypsum) 55~65 중량비, 스티로폼(Styrofoam) 1~3 중량비, 펄프(Pulp) 2~4 중량비, 칼슘(Calcium) 25~35 중량비, 첨가제(Additive) 4~6 중량비를 포함하여 조성되는 내화뿜칠재가 화재 발생 시간이 2시간인 경우 12~18mm이고, 3시간인 경우 17~25mm의 범위로 뿜칠된 것을 특징으로 하는 내화피복된 하이브리드 합성보'를 제안한다.
그러나 상기 배경기술은 중앙부 하부에 정모멘트를 저항하도록 구성되는 보강 철근의 구성이나 이를 고정시키는 구조가 존재하지 않는 문제점이 있었다.
특허등록 제1499346호 "내화피복된 하이브리드 합성보 및 그의 시공방법"
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, U형 본체의 내부에 철근을 대체하여 고강도 환봉을 구성함으로써 고강도에 따른 단면적 절감과 저비중으로 인하여 경량화를 할 수 있으며, 고강도 환봉의 정착 및 이음을 위한 돌기생성이나 후크절곡 등의 구성없이 내부에 고정하고 거치할 수 있도록 하는 U형 합성보를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 수평판 형상의 하부 플레이트와, 수직판 형상으로 하부 플레이트 양측에 구성되는 측면 플레이트와, 수평판 형상으로 측면 플레이트의 상단부에 각각 구성되는 상부 플레이트로 이루어져 U형 단면을 갖는 U형 본체와; 중앙부에 관통구가 통공되어 형성되며, U형 본체의 하부 플레이트의 상부면에 길이방향 일정 간격마다 구성되는 강재 앵커와; 강재 앵커의 관통구를 관통하여 U형 본체의 길이방향으로 길이방향 중앙부에 배치되는 고강도 환봉;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고강도 환봉 및 강재앵커가 구성된 U형 합성보를 제공하고자 한다.
또한, 강재 앵커는 수직 판 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고강도 환봉 및 강재앵커가 구성된 U형 합성보를 제공하고자 한다.
또한, 관통구는 원형 또는 사각형 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고강도 환봉 및 강재앵커가 구성된 U형 합성보를 제공하고자 한다.
또한, 강재 앵커의 관통구를 관통하여 고강도 환봉을 배치하고, 강재앵커에서 고강도 환봉 상부를 절곡하여 고강도 환봉을 고정하도록 하는 것을 특징으로 하는 고강도 환봉 및 강재앵커가 구성된 U형 합성보를 제공하고자 한다.
또한, 강재 앵커의 관통구를 관통하여 고강도 환봉을 배치하고, 관통구에 쐐기앵커를 끼워 고강도 환봉을 고정하도록 하는 것을 특징으로 하는 고강도 환봉 및 강재앵커가 구성된 U형 합성보를 제공하고자 한다.
또한, 측면 플레이트는 하부 플레이트의 폭방향 단부에서 폭방향 내측으로 일정거리 이격된 위치에 구성되는 것을 특징으로 하는 고강도 환봉 및 강재앵커가 구성된 U형 합성보를 제공하고자 한다.
또한, 상부 플레이트는 폭방향 중앙부가 측면 플레이트의 상단부에 접합되는 것을 특징으로 하는 고강도 환봉 및 강재앵커가 구성된 U형 합성보를 제공하고자 한다.
또한, 상부 플레이트의 상부면에는 복수의 스터드 앵커가 구성되는 것을 특징으로 하는 고강도 환봉 및 강재앵커가 구성된 U형 합성보를 제공하고자 한다.
또한, 측면 플레이트는 높이방향 일정 높이에서 분절되어 상부부재와 하부부재로 나누어지고 상부부재와 하부부재의 이음부는 수평방향으로 절곡되는 접합부가 각각 형성되어 접합부를 접합하여 구성하는 것을 특징으로 하는 고강도 환봉 및 강재앵커가 구성된 U형 합성보를 제공하고자 한다.
또한, 고강도 환봉은 탄소섬유보강복합체(Carbon Fiber Reinforced Polymer)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고강도 환봉 및 강재앵커가 구성된 U형 합성보를 제공하고자 한다.
본 발명의 고강도 환봉 및 강재앵커가 구성된 U형 합성보는 U형 본체의 중앙부 하부에 정모멘트를 저항하도록 구성되는 보강 철근을 고강도 환봉으로 대체함으로써 고강도에 따른 단면적 절감과 저비중으로 인하여 경량화를 할 수 있으며, U형 단면의 U형 본체에 강재 앵커를 구성하여 스터드 앵커의 기능을 하면서도 동시에 고강도 환봉을 고정하고 거치하는 수단으로 사용되는 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 1은 본 발명의 고강도 환봉 및 강재앵커가 구성된 U형 합성보의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 고강도 환봉 및 강재앵커가 구성된 U형 합성보의 정면도이다.
도 3은 상기 도 1의 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 U형 본체의 다른 실시예의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 앵커부재의 정면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 고강도 환봉을 고정시키는 실시예를 도시한 도이다.
도 8은 본 발명의 고강도 환봉 및 강재앵커가 구성된 U형 합성보가 시공된 실시예를 도시한 측단면도이다.
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 1은 본 발명의 고강도 환봉 및 강재앵커가 구성된 U형 합성보의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 고강도 환봉 및 강재앵커가 구성된 U형 합성보의 정면도이며, 도 3은 상기 도 1의 측단면도이다.
U형 본체(10)는 하나의 판재를 절곡하여 U형 본체(10)를 형성하도록 할 수 있으며, 부재별로 별도로 제작하여 U형을 이루도록 용접하여 하나의 U형 본체(10)를 형성하도록 할 수도 있다.
U형 본체(10)는 수평판 형상의 하부 플레이트(110)와, 수직판 형상으로 하부 플레이트(110) 양측에 구성되는 측면 플레이트(120)와, 수평판 형상으로 측면 플레이트(120)의 상단부에 각각 구성되는 상부 플레이트(130)으로 이루어져 U형 단면을 갖도록 함으로써 내부에 콘크리트의 타설이 가능하도록 한다.
이와 같은 U형 본체(10)는 도 4에서와 같이, 측면 플레이트(120)는 하부 플레이트(110)의 폭방향 양측 단부에서 수직 상방으로 절곡되어 연장되도록 할 수도 있으며, 도 2에서와 같이, 측면 플레이트(120)와 하부 플레이트(110)를 별도의 부재로 제작하여 하부 플레이트(110)의 상부면에 측면 플레이트(120)를 용접 등의 방법으로 접합하도록 할 수도 있다.
이때, 측면 플레이트(120)는 하부 플레이트(110)의 폭방향 외측 단부와 외측면이 일치하도록 할 수 있으며, 용접을 위한 최소한의 간격만 두고 하부 플레이트(110)의 폭방향 내측에 접합되도록 하거나, 도 3에서와 같이, 측면 플레이트(120)는 하부 플레이트(110)의 폭방향 단부에서 폭방향 내측으로 일정거리 이격된 위치에 구성되도록 하여 내화뿜칠재 등이 흘러내리지 않도록 할 수도 있다.
상부 플레이트(130)는 측면 플레이트(120)의 상단부에서 도 4에서와 같이, 외측의 수평방향으로 절곡되어 연장되거나, 도 2에서와 같이, 상부 플레이트(130)는 폭방향 중앙부가 측면 플레이트(120)의 상단부에 접합되도록 할 수 있다.
이와 같이, 측면 플레이트(120)의 상단부에 수평 방향으로 형성되는 상부 플레이트(130)가 형성되도록 하여 압축력에 대한 저항면적을 증가시키고 거푸집 등의 거치가 용이하며 비틀림에 대해 U형 본체(10)의 상단부를 구속하는 효과를 갖도록 할 수 있으며, 특히, 상부 플레이트(130)의 상부면에 복수의 스터드 앵커(60)를 설치하여 후타설되는 슬래브 콘크리트와의 전단연결재 역할을 하도록 할 수 있다.
특히, 본 발명에서는 도 4에서와 같이, 측면 플레이트(120)는 높이방향 일정 높이에서 분절되어 상부부재(120a)와 하부부재(120b)로 나누어지도록 하고 상부부재(120a)와 하부부재(120b)의 이음부는 수평방향으로 절곡되는 접합부(121)가 각각 형성되어 접합부(121)를 접합하여 구성하도록 할 수 있다.
이와 같이, 측면 플레이트(120)를 분절하여 U형 본체(10)의 상부와 하부를 분리형으로 구성하도록 함으로써, 보의 춤에 따라 규격을 달리 제작하여 조립하여 사용하도록 할 수 있어 다양한 보의 춤에 대응하도록 할 수 있다.
특히, 상부부재(120a)와 하부부재(120b)의 이음부는 수평방향으로 절곡되는 접합부(121)가 형성되도록 하고, 이 겹쳐지는 접합부(121)를 볼트 또는 용접 등의 방법으로 접합하도록 하여, 측면 플레이트(120)의 춤이 높아지더라도 측면 플레이트를 보강하는 역할과 동시에 U형 본체(10)의 내부에 콘크리트 타설시 내부에 콘크리트가 채워지고 접합부(121)에 의해 철골 보(10)와 내부 콘크리트(18)가 일체로 합성되어 외력에 저항할 수 있도록 한다.
강재 앵커(210)는 중앙부에 관통구(210)가 통공되어 형성되며, U형 본체(10)의 하부 플레이트(110)의 상부면에 길이방향 일정 간격마다 구성되도록 하여 내부에 타설되는 콘크리트와의 합성을 위한 스터드 앵커의 기능을 하면서도 동시에 고강도 환봉(30)이 하부 플레이트(110)의 상부면에서 일정한 높이에서 고정되고 거치되도록 하는 고강도 환봉(30)을 고정하고 거치하는 수단으로 기능을 한다.
이와 같은 강재 앵커(210)는 도 4에서와 같이, 하부 플레이트(110)의 폭방향 중앙부에서 길이방향 일정 간격으로 배치되도록 하거나, 도 1 및 도 2에서와 같이, 하부 플레이트(110)의 폭방향 양측에 한 쌍을 구성하도록 할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 앵커부재의 정면도이고, 도 6 및 도 7은 본 발명의 고강도 환봉을 고정시키는 실시예를 도시한 도이다.
이때, 관통구(210)는 고강도 환봉(30)이 관통하여 거치되는 부분이기 대문에, 고강도 환봉(30)이 관통할 수 있는 크기로 통공되며, 그 형상은 고강도 환봉(30)과 동일한 원형으로 형성되거나, 도 5 및 도 6에서와 같이, 사각형 형상으로 이루어져 고강관 환봉(30)이 삽입시에 설치오차를 수용할 수 있는 공간을 형성하는 등 다양하게 이루어질 수 있다.
강재 앵커(20)는 수직 판 형상으로 이루어지도록 하여, 하단부를 하부 플레이트(110)의 상부면에 용접 등의 방법으로 접합하도록 하거나, 이외에도 강재 앵커(20)는 앵글, 채널 등을 이용할 수도 있다.
본 발명의 U형 합성보는 U형 본체(10)와 강재 앵커(20)에 의해 고정되는 고강도 환봉(30)으로 이루어지는데, 고강도 환봉(30)은 U형 합성보의 운반 및 콘크리트 타설 시 이동의 우려가 있으므로 위치고정을 하도록 한다.
이를 위하여, 본 발명에서는 강재 앵커(20)의 관통구(210)를 관통하여 고강도 환봉(30)을 배치하고 도 6에서와 같이, 강재앵커(20)에서 고강도 환봉(30) 상부를 절곡하여 고강도 환봉(30)을 고정하도록 할 수도 있으며, 강재 앵커(20)의 관통구(210)를 관통하여 고강도 환봉(30)을 배치하고, 도 7b와 같은 쐐기 앵커(40)를 이용하여 도 7a에서와 같이 관통구(210)에 쐐기앵커(40)를 끼워 고강도 환봉(30)을 고정하도록 할 수도 있다.
쐐기 앵커(40)는 일반적인 쐐기와 같은 형태로 일단부가 좁고 타단부가 넓은 형태를 갖도록 하며, 본 발명에서는 도 7b와 같이 입단부가 좁고 타단부가 넓으며 하부면이 수평면인 형상으로 구성하여 용이하게 관통구(210)에 삽입이 되도록 하면서도 쐐기 앵커(40)의 하부면 전체가 고강도 환봉(30)의 상부면을 압착하면서 고정되도록 할 수 있다.
도 8은 본 발명의 고강도 환봉 및 강재앵커가 구성된 U형 합성보가 시공된 실시예를 도시한 측단면도이다.
도 8에서와 같이, U형 합성보는 단부 상부에 부모멘트를 저항하는 보강근(50)과 중앙부 하부에 정모멘트를 저항하는 보강근이 필요하나 따라서, 본 발명에서는 이 보강근을 고강도 환봉(30)으로 구성하여 고강도에 따른 단면적 절감, 단면적 절감과 저비중으로 인한 경량화가 가능하도록 한 것이다.
또한, 고강도 환봉(30) 이용시 내화성능확보와 정착 및 이음을 위한 돌기생성, 필요 시 단부 후크절곡 등을 구현하는 대안확보가 필요했지만 본 발명에서는 강재 앵커(20)를 사용하여 고강도 환봉(30)을 설치하도록 하여 정착 및 이음을 위한 돌기생성, 필요 시 단부 후크절곡 등이 필요 없도록 하여 종래의 문제를 해결하였다.
고강도 환봉(30)은 탄소 고분자 환봉으로 이루어질 수 있고 이는 고강도, 경량, 비부식의 탄소섬유보강복합체(Carbon Fiber Reinforced Polymer)이며, 인장강도가 2,100MPa 이상에 달하는 것으로 알려져 있다.
이와 같은 고강도 환봉(30)은 강재 앵커(20)의 관통구(210)를 관통하여 U형 본체(10)의 길이방향으로 길이방향 중앙부 하부에 배치되어 정모멘트에 저항하도록 한다.
상기와 같은 본 발명의 고강도 환봉 및 강재앵커가 구성된 U형 합성보는 U형 본체의 중앙부 하부에 정모멘트를 저항하도록 구성되는 보강 철근을 고강도 환봉으로 대체함으로써 고강도에 따른 단면적 절감과 저비중으로 인하여 경량화를 할 수 있으며, U형 단면의 U형 본체에 강재 앵커를 구성하여 스터드 앵커의 기능을 하면서도 동시에 고강도 환봉을 고정하고 거치하는 수단으로 사용되는 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.
10 : U형 본체
110 : 하부 플레이트
120 : 측면 플레이트
130 : 상부 플레이트
20 : 강재 앵커
210 : 관통구
30 : 고강도 환봉

Claims (10)

  1. 수평판 형상의 하부 플레이트(110)와, 수직판 형상으로 하부 플레이트(110) 양측에 구성되는 측면 플레이트(120)와, 수평판 형상으로 측면 플레이트(120)의 상단부에 각각 구성되는 상부 플레이트(130)로 이루어져 U형 단면을 갖는 U형 본체(10)와;
    중앙부에 관통구(210)가 통공되어 형성되며, U형 본체(10)의 하부 플레이트(110)의 상부면에 길이방향 일정 간격마다 구성되는 강재 앵커(20)와;
    강재 앵커(20)의 관통구(210)를 관통하여 U형 본체(10)의 길이방향으로 길이방향 중앙부에 배치되는 고강도 환봉(30);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고강도 환봉 및 강재앵커가 구성된 U형 합성보.
  2. 청구항 1에 있어서,
    강재 앵커(20)는 수직 판 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고강도 환봉 및 강재앵커가 구성된 U형 합성보.
  3. 청구항 1에 있어서,
    관통구(210)는 원형 또는 사각형 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고강도 환봉 및 강재앵커가 구성된 U형 합성보.
  4. 청구항 1에 있어서,
    강재 앵커(20)의 관통구(210)를 관통하여 고강도 환봉(30)을 배치하고, 강재앵커(20)에서 고강도 환봉(30) 상부를 절곡하여 고강도 환봉(30)을 고정하도록 하는 것을 특징으로 하는 고강도 환봉 및 강재앵커가 구성된 U형 합성보.
  5. 청구항 1에 있어서,
    강재 앵커(20)의 관통구(210)를 관통하여 고강도 환봉(30)을 배치하고, 관통구(210)에 쐐기앵커(40)를 끼워 고강도 환봉(30)을 고정하도록 하는 것을 특징으로 하는 고강도 환봉 및 강재앵커가 구성된 U형 합성보.
  6. 청구항 1에 있어서,
    측면 플레이트(120)는 하부 플레이트(110)의 폭방향 단부에서 폭방향 내측으로 일정거리 이격된 위치에 구성되는 것을 특징으로 하는 고강도 환봉 및 강재앵커가 구성된 U형 합성보.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상부 플레이트(130)는 폭방향 중앙부가 측면 플레이트(120)의 상단부에 접합되는 것을 특징으로 하는 고강도 환봉 및 강재앵커가 구성된 U형 합성보.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상부 플레이트(130)의 상부면에는 복수의 스터드 앵커(60)가 구성되는 것을 특징으로 하는 고강도 환봉 및 강재앵커가 구성된 U형 합성보.
  9. 청구항 1에 있어서,
    측면 플레이트(120)는 높이방향 일정 높이에서 분절되어 상부부재(120a)와 하부부재(120b)로 나누어지고 상부부재(120a)와 하부부재(120b)의 이음부는 수평방향으로 절곡되는 접합부(121)가 각각 형성되어 접합부(121)를 접합하여 구성하는 것을 특징으로 하는 고강도 환봉 및 강재앵커가 구성된 U형 합성보.
  10. 청구항 1에 있어서,
    고강도 환봉(30)은 탄소섬유보강복합체(Carbon Fiber Reinforced Polymer)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고강도 환봉 및 강재앵커가 구성된 U형 합성보.
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