WO2009125774A1 - 耐荷材 - Google Patents

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WO2009125774A1
WO2009125774A1 PCT/JP2009/057146 JP2009057146W WO2009125774A1 WO 2009125774 A1 WO2009125774 A1 WO 2009125774A1 JP 2009057146 W JP2009057146 W JP 2009057146W WO 2009125774 A1 WO2009125774 A1 WO 2009125774A1
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bearing material
pipe
steel pipes
tube
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智弘 藤井
陽一 西田
利充 野村
昭一 井上
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株式会社プロテックエンジニアリング
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Definitions

  • the present invention relates to a load bearing material.
  • a protective fence (for example, Patent Document 1) that is provided with a horizontal rope material between the support posts and shielded between the support posts by a wire net and is made of concrete or metal between the support posts.
  • a guard fence for example, Patent Document 2 that uses a strut that is positioned by connecting a lower portion of the strut with an installation rope, or a suspension that connects the anchor and the upper and lower portions of the strut with an installation rope.
  • Fence-type protective fence for example, Patent Document 3 and the like are known, steel is used for the said post.
  • a retaining wall formed on the slope, a main structural member that penetrates the retaining wall and is inserted into a natural ground, and supports a portion protruding from the retaining wall in a cantilever manner, and a main structural member that protrudes from the retaining wall
  • a protective structure configured by a floor slab provided between members, and a steel pipe is used as the main structural material.
  • steel pipes are used for the members of the protective structure, and in addition, an uncoil type PC steel material covered with a sheath material is disposed on the support of the rockfall prevention fence, and concrete is placed in the steel pipe.
  • an uncoil type PC steel material covered with a sheath material is disposed on the support of the rockfall prevention fence, and concrete is placed in the steel pipe.
  • There are known products manufactured by filling for example, Patent Document 5
  • those in which double steel pipes are filled with a filler, and cement milk or mortar is used as the filler for example, Patent Document 2.
  • JP-A-6-173221 JP 2000-248515 A (paragraph 0013) JP-A-8-184014 JP 2001-323416 A JP-A-6-146225 JP-A-9-203036
  • a filled steel pipe filled with concrete can improve rigidity compared to a hollow steel pipe.
  • an object of the present invention is to provide a load-bearing material having a high energy absorption effect during deformation.
  • the present invention comprises a metal outer tube and a plurality of metal inner tubes arranged in the outer tube, and the load-bearing material in which the plurality of inner tubes are positioned and arranged, wherein the outer tube and the inner tube are When the cross section is circular and plastic deformation is caused by a bending moment, the inner tube is deformed into a flat shape.
  • the present invention is provided with three or more internal tubes.
  • the positioning means for positioning the plurality of inner pipes is a filling material filled between the inner surface of the outer pipe and the outer surface of the inner pipe.
  • the outer tube and the inner tube are steel tubes.
  • the thickness of the inner tube is smaller than the thickness of the outer tube.
  • the filler is a cement-based filler.
  • the present invention is arranged such that the outer surfaces of the inner tubes are close to each other.
  • the outer surface of the inner tube is close to other inner tubes at two or more locations.
  • other internal pipes are arranged within a range surrounded by the plurality of internal pipes arranged so that the outer surfaces are close to each other.
  • the outer surface of the inner tube is close to other inner tubes at six or more locations.
  • a plurality of the inner tubes are arranged side by side on the inner surface side of the outer tube substantially in parallel with the center line of the cross section of the outer tube.
  • three or more inner tubes are arranged side by side substantially parallel to the cross-sectional center line of the outer tube.
  • the proof stress is improved by the plurality of inner tubes, and when the load is received, the inner tube is plastically deformed in a cross-section so that the outer tube can be plastically deformed.
  • the energy absorption effect is improved without stress concentration.
  • the positioning means is a filler, a plurality of inner tubes can be easily positioned by filling the outer tube with the filler.
  • outer tube and the inner tube are steel pipes, and the steel pipes are made of a sticky material, even if they are deformed, it is possible to prevent a sudden decrease in yield strength. A stable energy absorption effect can be obtained.
  • the inner tube is thinner than the outer tube, the inner tube having a small diameter is easily deformed into a flat shape.
  • the filler is a cement filler, it is inexpensive and easy to handle.
  • the outer surface of the inner tube is close to the other inner tube at two or more locations and the inner tube hits from both sides, when a load is applied, they deform each other and can absorb energy.
  • the other inner pipes are arranged within a range surrounded by the plurality of inner pipes arranged so that the outer surfaces are close to each other, when a load is applied, they are deformed and can absorb energy.
  • the outer surface of the inner tube is close to other inner tubes at six or more locations and the inner tubes contact each other, when a load is applied, they deform each other and can absorb energy. Further, in the case of the same diameter, one inner tube can be disposed close to the other six inner tubes, so that the most efficient arrangement is obtained.
  • a plurality of the inner tubes are arranged side by side on the inner surface side of the outer tube substantially in parallel with the center line of the cross section of the outer tube, and the plurality of arranged inner tubes are positioned in a tensile region when receiving a load.
  • the tensile force can be efficiently handled by three or more inner tubes.
  • Example 1 of this invention It is a front view of the load bearing material used for the experiment same as the above. It is explanatory drawing which shows the experimental result of an implementation product same as the above. It is a graph which shows the relationship between a bending moment and a loading point rotation angle same as the above. It is a graph which shows the relationship between the displacement in a loading point, and absorption energy same as the above. It is sectional drawing which shows Example 2 of this invention. It is sectional drawing which shows Example 3 of this invention. It is sectional drawing which shows Example 4 of this invention. It is sectional drawing which shows Example 5 of this invention. It is sectional drawing which shows Example 6 of this invention. It is sectional drawing which shows Example 7 of this invention. It is sectional drawing which shows Example 8 of this invention. It is sectional drawing which shows Example 9 of this invention.
  • the load bearing material 1 includes an outer pipe 2 made of a steel pipe, inner steel pipes 3, 3A, 3B, which are a plurality of metal inner pipes arranged in the outer pipe 2, and positioning means.
  • a filler 4 filled between an inner surface 21 of the outer tube 2 and an outer surface 31 of the inner steel tube 3 is provided.
  • the inner steel pipes 3, 3A, 3B, ... are all steel pipes having the same configuration, and are generally thinner than the outer pipe 2.
  • the positioning means may be constituted by a spacer or the like, or the inner steel pipes 3, 3A, 3B... Are inserted into the outer pipe 2 approximately densely by selecting the diameter of the inner steel pipes 3, 3A, 3B. In this case, the inner steel pipes 3, 3A, 3B,.
  • the outer pipe 2 and the inner steel pipe 3 are circular in cross section, have a hollow shape, and a plurality of the inner steel pipes 3, 3A, 3B,. It arrange
  • one inner steel pipe 3 is arranged at the center of the outer pipe 2, and six inner steel pipes 3A, 3A,... Are arranged so as to be in contact with the outer surface 31 of the inner inner steel pipe 3A.
  • the six inner steel pipes 3A, 3A... Are adjacent to each other. Therefore, the central inner steel pipe 3 is in contact with the six inner steel pipes 3A, 3A..., And the central inner steel pipe 3 is located within a range surrounded by the six inner steel pipes 3A, 3A.
  • twelve inner steel pipes 3B, 3B,... are arranged so as to surround the six inner steel pipes 3A, 3A ..., and the adjacent inner steel pipes 3B are in contact with each other.
  • three inner steel pipes 3B, 3B, 3B are arranged in parallel with the cross-sectional center line S passing through the center of the outer pipe 2, the central inner steel pipe 3B is in contact with the two inner steel pipes 3A, and the inner steel pipes 3B on both sides are arranged.
  • 3B is in contact with one internal steel pipe 3A.
  • the inner steel pipe 3A is in close contact with the inner steel pipe 3, the adjacent two inner steel pipes 3A, 3A, and the six inner steel pipes 3B, 3B, 3B. Further, as described above, the inner steel pipe 3B at the center of the three inner steel pipes 3B, 3B, 3B arranged in close contact with the four inner steel pipes 3A and the four inner steel pipes 3B, 3B on both sides.
  • the internal steel pipes 3B on both sides of the three internal steel pipes 3B, 3B, 3B are in close contact with the three internal steel pipes 3A and the adjacent internal steel pipes 3B, 3B.
  • the outer diameter of the inner steel pipes 3, 3 ⁇ / b> A, 3 ⁇ / b> B, 3 ⁇ / b> C is 1/5 or less of the outer diameter of the outer pipe 2.
  • a hollow space is used so that the inner steel pipes 3, 3A, 3B can be deformed.
  • the load-bearing material 1 becomes lightweight.
  • other fillers may be filled as long as the inner steel pipes 3, 3A, 3B can be deformed without necessarily forming a space in which the filler is not filled. That is, the inner steel pipes 3, 3A, 3B may be hollow or may be filled with a deformable filler, and the deformable filler is at least softer than the inner steel pipes 3, 3A, 3B.
  • Examples of the filler 4 used as the positioning means include cement-based fillers, such as mortar and concrete, and various other fillers that can be solidified or shaped over time. Can be used.
  • the load bearing material 1 is used as a column having a lower portion embedded and fixed to the ground G and an upper portion protruding from the ground portion, as shown in FIG. 2. It can be used for a rock fall protection fence that is erected on G and shielded between the plurality of columns by a net.
  • the outer tube 2 is a steel tube having an outer diameter of 318.5 mm and a wall thickness of 6.0 mm
  • the inner steel tubes 3, 3A, 3B The wall thickness is 3.2 mm and the filler is mortar.
  • the comparative product is a filled steel pipe in which a mortar is filled in a steel pipe having an outer diameter of 318.5 mm and a wall thickness of 6.0 mm without an internal steel pipe.
  • Each outer pipe 2 and inner steel pipe 3 are 6 meters.
  • the cover body 101 was provided in the both ends of the outer tube
  • FIG. 4 is a graph showing the results of supporting both ends of the implemented product and the comparative product and applying a load F to the center thereof.
  • the vertical axis represents the moment of the loading point
  • the horizontal axis represents the rotation angle ⁇ of the loading point.
  • the actual product has an elastic deformation range up to about 400 kN-m
  • the comparative product has an elastic deformation range up to about 200 kN-m. It was. This means that when a load exceeding 200 kN-m is applied, strain due to plastic deformation remains even if the load is removed, and when the load is applied again by falling rocks or the like, the proof stress is reduced from the design time.
  • the elastic deformation range of the product is wide, for example, after a load of about 200 kN-m is applied, the load is removed, and thereafter, the reliability with respect to the proof stress is high even if the load is applied again. . This is because in a filled steel pipe, when bending occurs, cracks occur in the mortar that is an internal filler on the tensile region side, and even if the load is removed, the strength of the mortar cannot be obtained.
  • the energy absorption amount corresponds to the area surrounded by the graph and the axis of moment 0
  • the same area of the implementation product is extremely larger than the comparison product, and the rotation angle of the comparison product is 22 deg. While it breaks to a certain extent, it can be seen that the implemented product does not break even if it exceeds 35 deg, and the implemented product is excellent in energy absorption efficiency.
  • FIG. 5 is a graph in which the horizontal axis represents the displacement at the load point described above, and the vertical axis represents the absorbed energy, indicating that the implemented product has a larger absorbed energy than the comparative product.
  • the comparative steel tube is not only cracked in the mortar and reduced in strength, but also has a cross-sectional deformation of the outer tube 2 that is a steel pipe due to the mortar. Constrained, that is, the outer tube 2 cannot be deformed in the flat direction, and stress concentrates on the cross section on the tensile region side and breaks from here, whereas in the actual product, as shown in FIG. It can be seen that the steel pipe 3 is deformed into a flat shape and absorbs energy, and the outer tube 2 can also be deformed into a flat shape and can efficiently absorb energy as a whole.
  • the outer tube 2 and the inner steel tubes 3, 3 ⁇ / b> A, 3 ⁇ / b> B are crushed so that the cross-sectional shape narrows with respect to the direction of the load F and the cross-sectional shape widens in the direction orthogonal to the direction of the load F.
  • the amount of deformation of the internal steel pipe is small.
  • the internal steel pipes 3, 3A, 3B of the actual product have a diametrical direction. Since it collapses so that the upper and lower centers approach each other, that is, it deforms in a direction so as to be approximately ⁇ , it can be seen that the amount of deformation is large, thereby increasing the amount of energy absorption.
  • the outer tube 2 in which the inner steel pipes 3, 3A, 3B are arranged is deformed by bending and the bending strength is reduced even if the cross-sectional shape of the outer tube 2 is crushed. Can be suppressed. Further, the inner steel pipes 3, 3 ⁇ / b> A, 3 ⁇ / b> B are crushed so that the strain is not concentrated on the outer pipe 2. This is because the steel material itself is a sticky material, and even if the cross-sectional shape is crushed and the cross-sectional performance is changed, the yield strength is not rapidly reduced. And it has big energy absorption performance because the cross-sectional shape of the load-bearing material 1 changes.
  • the outer pipe 2 and the inner steel pipes 3, 3A, 3B are deformed so that the cross-sectional shape is circular and the vertical direction is short and the horizontal direction is long.
  • the vertical length is longer than the horizontal length.
  • Deformation is 65% or less, preferably 60% or less. In this case, at least one of the plurality of inner steel pipes 3, 3A, 3B may be deformed to the above range.
  • the metal outer tube 2 and the inner steel tubes 3, 3A, 3B which are a plurality of metal inner tubes arranged in the outer tube 2, are provided.
  • the outer pipe 2 and the inner steel pipes 3, 3A, 3B have a circular cross section, and plastic deformation is caused by a bending moment caused by a force exceeding a predetermined value.
  • the inner steel pipes 3, 3A, 3B are configured to be deformed in a flat shape when they occur, the proof stress is improved by the plurality of inner steel pipes 3, 3A, 3B, and when the load is received, the inner steel pipes 3, 3A , 3B is deformed into a flat shape, so that the outer tube 2 can also be deformed, and the energy absorption effect is improved without local stress concentration on the outer tube 2.
  • the positioning means for positioning the plurality of inner steel pipes 3, 3A, 3B includes the inner surface 21 of the outer pipe 2 and the outer surface 31 of the inner steel pipes 3, 3A, 3B. Therefore, the plurality of inner steel pipes 3, 3A, 3B can be easily positioned by filling the outer pipe 2 with the filler 4.
  • the outer pipe 2 and the inner steel pipes 3, 3A, 3B are steel pipes, and the steel pipes are made of a sticky material. Can be prevented.
  • the inner steel pipe 3, 3A, 3B is smaller than the thickness of the outer pipe 2, the inner steel pipe 3, which has a smaller diameter, is formed. 3A and 3B are easily deformed into a flat shape.
  • the filler 4 is a cement-type filler in accordance with the claims, it is inexpensive and easy to handle.
  • the internal steel pipes 3, 3A, 3B are formed from both sides. Therefore, when a load is applied, they mutually deform and can absorb energy.
  • the other internal steel pipes 3 and 3A are arranged in the range of the plurality of internal steel pipes 3B arranged so that the outer surface 21 is in close proximity according to the claims, the load is increased. When added, it can deform and absorb energy.
  • the outer surfaces of the inner steel pipes 3, 3A are close to the other inner steel pipes 3, 3A, 3B at six or more locations, so that the inner steel pipes 3, 3A, 3B When they hit each other and a load is applied, they can deform and absorb energy. Further, in the case of the same diameter, one inner steel pipe 3 can be arranged in the vicinity of the other six inner steel pipes 3A, so that the most efficient arrangement is obtained.
  • a plurality of inner steel pipes 3, 3A, 3B are arranged side by side on the inner surface side of the outer pipe 2 so as to be substantially parallel to the cross-sectional center line of the outer pipe 2.
  • the load-bearing material 1 is arranged so that a plurality of arranged internal steel pipes 3A, 3B are located in a tensile region when receiving a load. By using it, the internal steel pipes 3A and 3B can counter the tensile force.
  • the plurality of inner steel pipes 3, 3A, 3B are densely arranged in the honeycomb shape without gaps, by providing the inner steel pipes 3, 3A, 3B arranged in the honeycomb shape, proof stress and energy Excellent absorption effect.
  • FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals are given to the same portions as those of the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
  • the outer tube 2 the central portion is shown.
  • An inner steel pipe 3 and six inner steel pipes 3A surrounding the inner steel pipe 3 are arranged, a filler 4 is filled in the outer pipe 2, and the inner steel pipes 3 and 3A are arranged substantially densely.
  • the outer diameter of the inner steel pipes 3, 3 ⁇ / b> A is 1/3 or less of the outer diameter of the outer pipe 2.
  • two inner steel pipes 3A and 3A are arranged side by side substantially parallel to the cross-sectional center line S of the outer pipe 2. Yes.
  • FIG. 7 shows a third embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals are given to the same portions as those of the above-described embodiments, and detailed description thereof will be omitted.
  • the plurality of internal steel pipes 3 and 3A are positioned by configuring the pipe 2 so that the diameter of the pipe 2 is small or the diameter of the internal steel pipes 3 and 3A is large and the internal steel pipe 3A is substantially in contact with the outer pipe 2.
  • the outer diameter of the inner steel pipes 3, 3 ⁇ / b> A is 1/3 or less of the outer diameter of the outer pipe 2.
  • two inner steel pipes 3A and 3A are arranged side by side substantially parallel to the cross-sectional center line S of the outer pipe 2.
  • the inner steel pipe 3A is positioned so as to be substantially in contact with the outer pipe 2, thereby positioning the plurality of inner steel pipes 3 and 3A, and the inner steel pipes 3 and 3A themselves serve as positioning means.
  • FIG. 8 shows a fourth embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals are given to the same parts as those of the above-described embodiments, and detailed description thereof will be omitted.
  • four inner steel pipes 3A are rectangular.
  • the two inner steel pipes 3A, 3A are arranged side by side substantially parallel to the cross-sectional center line S of the outer pipe 2, and have the same operations and effects as the above embodiments.
  • the outer diameter of the inner steel pipe 3 ⁇ / b> A is 1 ⁇ 2 or less of the outer diameter of the outer pipe 2.
  • FIG. 9 shows a fifth embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals are given to the same portions as those of the above-described embodiments, and detailed description thereof is omitted.
  • three inner steel pipes 3A are triangular. The same operation and effect as the above-mentioned each embodiment are produced.
  • the outer diameter of the inner steel pipe 3 ⁇ / b> A is 1 ⁇ 2 or less of the outer diameter of the outer pipe 2.
  • FIG. 10 shows a sixth embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals are given to the same portions as those of the above-described embodiments, and the detailed description thereof will be omitted.
  • the inner steel pipe 3 is not used, but the filler 4 is filled in the center, and the same operations and effects as in the above embodiments are achieved.
  • the inner steel pipe 3 at the center of the outer pipe 2 is omitted, and the center is the central axis of compression and tension when a bending load is applied. Since there are few advantages in terms of strength improvement, the material cost can be reduced.
  • FIG. 11 shows a seventh embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals are given to the same portions as those of the above-described embodiments, and detailed description thereof will be omitted.
  • the inner steel pipe 3 and the surrounding six inner steel pipes 3A are not used, the filler 4 is filled in the center, and the inner steel pipes 3A are arranged substantially densely. There is an effect.
  • the seven inner steel pipes 3 and 3A on the center side of the outer pipe 2 are omitted, but when the load bearing material 1 is bent, the tensile stress and the compressive stress are greatly applied to the outside of the cross section. Therefore, the strength can be improved efficiently by concentrating and arranging the internal steel pipe 3B in this portion.
  • FIG. 12 shows an eighth embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals are given to the same parts as those of the above-described embodiments, and detailed description thereof will be omitted.
  • six in the first embodiment are described.
  • the inner steel pipes 3A are not used, the filler 4 is filled, and the inner steel pipes 3A are arranged almost densely, and the same operations and effects as the above-described embodiments are achieved.
  • the outer inner steel pipe 3B can be temporarily fixed by a temporary fixing tool (not shown) with reference to the central inner steel pipe 3, which facilitates manufacturing.
  • FIG. 13 shows a ninth embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals are given to the same portions as those of the above-described embodiments, and detailed description thereof will be omitted.
  • the steel pipe 3 is not used and the filler 4 is filled in the center, and the same operations and effects as in the above embodiment are achieved.
  • this invention is not limited to the said Example, Various deformation
  • steel pipes are used for the outer pipe and the inner pipe.
  • the outer pipe and the inner pipe may be made of various metals other than iron, aluminum, stainless steel, or alloys thereof.
  • cement-based fillers are exemplified as the filler, but the inner steel pipe may be positioned by filling the filler with a foam material such as a foamed polystyrene resin foamed in situ. Since the foam material can be deformed with a relatively small force in this way, the inner steel pipe may be filled.
  • the internal steel pipe of the same diameter and the same thickness was used, thickness may be changed or an internal steel pipe from which a diameter differs may be combined.
  • the outer surface of the outer pipe does not necessarily have to be exposed.
  • the load resistant material of the present invention may be used for the steel pipe inside the double steel pipe.

Abstract

  【課題】変形時におけるエネルギー吸収効果の高い耐荷材を提供する。   【解決手段】金属製の外管2と、この外管2内に配置された複数の金属製内部鋼管3,3A,3Bと、複数の内部鋼3,3A,3B管を位置決めして配置したから、複数の内部鋼管3,3A,3Bにより耐力が向上し、しかも、荷重を受けると、内部鋼管3,3A,3Bが扁平状に変形することにより、外管2も変形可能となり、外管2に局部的に応力が集中することなく、エネルギー吸収効果が向上する。また、外管2の内面21と内部鋼管外面との間に充填された充填材4を充填することにより、簡単に複数の内部鋼管3,3A,3Bを位置決めできる。

Description

耐荷材
 本発明は、耐荷材に関する。
 従来、この種の耐荷材を用いるものとして防護構造物が知られており、この防護構造物として、落石,雪崩,崩壊土砂等の防護構造物などでは、所定の間隔で支柱を設け、各支柱の間に水平ロープ材を設け、各支柱間を水平ロープ材に掛止させたワイヤ製のネットで遮蔽した防護柵(例えば特許文献1)や、各支柱間にコンクリート製や金属製などからなる横杆を多段に設けた防護柵や、斜面に所定の間隔を隔てて立設され、防護ネットを張り巡らす防護柵用支柱において、支柱の下端が斜面に載置され、斜面に設けたアンカーと前記支柱の下部の間が据付用ロープで接続されて位置決めされている支柱を用いる防護柵(例えば特許文献2)や、前記アンカーと支柱の上部及び下部との間を据付用ロープで接続した吊柵式の防護柵(例えば特許文献3)などが知られており、前記支柱には鋼管が用いられている。
 また、斜面に形成した擁壁と、前記擁壁を貫通して地山に挿入し、擁壁から突出する部位を片持式に支持する主構部材と、前記擁壁から張り出た主構部材間に設けた床版とにより構成した防護構造物(例えば特許文献4)があり、前記主構造材には鋼管が用いられている。
 上記のように防護構造物の部材には、鋼管が用いられており、さらに、落石防止柵の支柱において、シース材で被覆されたアンポンドタイプのPC鋼材を配置すると共に、鋼管内にコンクリートを充填して製作したもの(例えば特許文献5)や、二重鋼管の内部にそれぞれ充填材を充填し、その充填材としてセメントミルクやモルタルなどを用いたもの(例えば特許文献2)などが知られている。
特開平6-173221号公報 特開2000-248515号公報(段落0013段) 特開平8-184014号公報 特開2001-323416号公報 特開平6-146225号公報 特開平9-203036号公報
 上記特許文献のように、内部にコンクリートを充填した充填鋼管では、中空の鋼管に比べて、剛性を向上することができる。
 しかし、充填鋼管が衝撃力などの荷重を受け、曲げモーメントにより歪みが発生すると、断面における変形が起こり難く、引張力を受ける断面側では、コンクリートの引張応力が低いため、鋼管に破断が生じ易いという問題があり、また、早い時期に破断が生じると急激に耐力が低下すると共に、エネルギー吸収効率が低くなる問題がある。
 さらに、鋼管の弾性範囲内の歪みであっても、引張応力を生じる側に亀裂が発生するため、荷重を取り去った後も、塑性変形による歪みが残り易いと共に、耐力が低下する問題がある。
 そこで、本発明は、変形時におけるエネルギー吸収効果の高い耐荷材を提供することを目的とする。
 本発明は、金属製の外管と、この外管内に配置された複数の金属製内部管とを備え、前記複数の内部管を位置決めして配置した耐荷材において、前記外管及び内部管は断面が円形をなし、曲げモーメントによって塑性変形が生じた際、前記内部管が扁平状に変形するように構成したものである。
 また、本発明は、前記内部管を3本以上備えるものである。
 また、本発明は、前記複数の内部管を位置決めする位置決め手段が、前記外管内面と内部管外面との間に充填された充填材である。
 また、本発明は、前記外管及び前記内部管が鋼管である。
 また、本発明は、前記外管の厚さより内部管の厚さが薄いものである。
 また、本発明は、前記充填材がセメント系充填材である。
 また、本発明は、前記内部管同士の外面が近接するように配置したものである。
 また、本発明は、前記内部管の外面が他の内部管と2箇所以上で近接するものである。
 また、本発明は、外面が近接するように配置した複数の前記内部管で囲まれた範囲内に、他の内部管を配置したものである。
 また、本発明は、前記内部管の外面が他の内部管と6箇所以上で近接するものである。
 また、本発明は、前記外管の内面側で、該外管の断面中心線と略平行に前記内部管が複数並んで配置されているものである。
 また、本発明は、前記外管の断面中心線と略平行に前記内部管が3本以上並んで配置されているものである。
 従来の充填鋼管では、内部の充填材に亀裂が発生すると共に、内部の充填材により外管が拘束されて断面変形ができないため、鋼管の断面に局部的に応力が集中する問題があり、これを解消するため、発明者らは鋭意検討して本願発明に至った。
 上記構成によれば、複数の内部管により耐力が向上し、しかも、荷重を受けると、内部管はその断面が扁平状に塑性変形することにより、外管も塑性変形可能となり、外管に局部的に応力が集中することなく、エネルギー吸収効果が向上する。
 また、内部管が3本以上であるから、従来に比べてエネルギー吸収効果が向上する。
 また、位置決め手段が充填材であるから、外管内に充填材を充填することにより、簡単に複数の内部管を位置決めできる。
 また、外管及び前記内部管が鋼管であり、鋼管は粘りのある材質であるから、変形しても耐力の急激な低下を防げる。
安定したエネルギー吸収効果が得られる。
 また、前記外管の厚さより内部管の厚さが薄いから、直径の小さい内部管が扁平状に変形し易くなる。
 また、前記充填材がセメント系充填材であるから、安価で扱い易いものとなる。
 また、内部管同士を近接することにより、荷重が加わると、内部管同士が当たって、相互に変形を起こし、エネルギーを吸収できる。
 また、前記内部管の外面が他の内部管と2箇所以上で近接し、両側から内部管が当たるから、荷重が加わった際、相互に変形を起こし、エネルギーを吸収できる。
 また、外面が近接するように配置した複数の前記内部管で囲まれた範囲内に、他の内部管を配置したから、荷重が加わった際、相互に変形を起こし、エネルギーを吸収できる。
 また、前記内部管の外面が他の内部管と6箇所以上で近接し、内部管同士が当たるから、荷重が加わった際、相互に変形を起こし、エネルギーを吸収できる。また、同径の場合、1本の内部管で他の6本の内部管と近接して配置することがきるから、一番効率の良い配置となる。
 また、前記外管の内面側で、該外管の断面中心線と略平行に前記内部管が複数並んで配置され、複数並んだ内部管が、荷重を受けた際の引張領域に位置するように耐荷材を使用することにより、それら内部管により引張力に対抗することができる。
 また、前記外管の断面中心線と略平行に前記内部管が3本以上並んで配置されているから、3本以上の内部管により前記引張力に効率よく対応することができる。
本発明の実施例1を示す断面図である。 同上、実験に用いた耐荷材の正面図である。 同上、実施品の実験結果を示す説明図である。 同上、曲げモーメントと載荷点回転角との関係を示すグラフ図である。 同上、載荷点における変位と吸収エネルギーとの関係を示すグラフ図である。 本発明の実施例2を示す断面図である。 本発明の実施例3を示す断面図である。 本発明の実施例4を示す断面図である。 本発明の実施例5を示す断面図である。 本発明の実施例6を示す断面図である。 本発明の実施例7を示す断面図である。 本発明の実施例8を示す断面図である。 本発明の実施例9を示す断面図である。
 本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。各実施例では、従来とは異なる新規な耐荷材を採用することにより、従来にない耐荷材が得られ、その耐荷材について記述する。
 以下、本発明の実施例1について、図1~図5を参照して説明する。図1に示すように、耐荷材1は、鋼管からなる外管2と、この外管2内に配置された複数の金属製内部管たる内部鋼管3,3A,3B…と、位置決め手段として、外管2の内面21と内部鋼管3の外面31との間に充填された充填材4とを備える。なお、内部鋼管3,3A,3B…はいずれも同一構成の鋼管であって、一般的に前記外管2より肉厚は薄い。また、スペーサなどにより位置決め手段を構成してもよく、あるいは内部鋼管3,3A,3B…の直径を選定することにより、内部鋼管3,3A,3B…を外管2内に略密に挿入配置した場合は、内部鋼管3,3A,3B…自体が位置決め手段となる。
 前記外管2及び内部鋼管3は断面が円形で、中空状をなし、複数の同径の前記内部鋼管3,3A,3B…を近接して略六角形のハニカム状に配置し、それら内部鋼管3,3A,3B…の外面31が接するように配置している。具体的には、前記外管2の中心に、1本の内部鋼管3を配置し、この中心の内部鋼管3Aの外面31に接するように6本の内部鋼管3A,3A…を配置し、これら6本の内部鋼管3A,3A…同士は隣り合うもの同士が接している。したがって、中心の内部鋼管3は、6本の内部鋼管3A,3A…と接し、これら6本の内部鋼管3A,3A…に囲まれた範囲内に、前記中心の内部鋼管3が位置する。
 さらに、6本の内部鋼管3A,3A…の周囲を囲むように、12本の内部鋼管3B,3B…を配置し、この外側の内部鋼管3Bは、隣り合うもの同士が接している。また、外管2の中心を通る断面中心線Sと平行に、3本の内部鋼管3B,3B,3Bが並び、中央の内部鋼管3Bは2本の内部鋼管3Aに接し、両側の内部鋼管3B,3Bは1本の内部鋼管3Aに接する。
 したがって、内部鋼管3Aは、内部鋼管3と、隣の2本の内部鋼管3A,3Aと、3本の内部鋼管3B,3B,3Bの6本に近接して接している。また、上述したように、3本並んだ内部鋼管3B,3B,3Bの中央の内部鋼管3Bは、2本の内部鋼管3Aと、両側の内部鋼管3B,3Bとの4本に近接して接し、3本並んだ内部鋼管3B,3B,3Bの両側の内部鋼管3Bは、1本の内部鋼管3Aと、隣の内部鋼管3B,3Bとの3本に近接して接している。また、この例では、内部鋼管3,3A,3B,3Cの外径は、外管2の外径の1/5以下である。
 この例では、前記内部鋼管3,3A,3Bが変形可能なように、内部を中空とした空間としている。このように中空とすることにより、耐荷材1が軽量となる。なお、必ずしも、内部に充填材を充填しない空間にせずに、内部鋼管3,3A,3Bが変形可能であれば、他の充填材を充填してもよい。すなわち、内部鋼管3,3A,3Bは中空でもよいし、変形可能な充填材を充填したものでもよく、この変形可能な充填材は、少なくとも内部鋼管3,3A,3Bより軟らかいものを用いる。
 位置決め手段して用いる前記充填材4としては、セメント系の充填材が例示され、例えば、モルタル,コンクリートなどが用いられ、その他に、経時的に固化あるいは形状が決まる充填材であれば各種のものを用いることができる。
 また、耐荷材1は、一例として、図2に示すように、地面Gに対して、下部を埋設固定し、上部を地上部に突出した支柱として使用され、複数の支柱を間隔を置いて地面Gに立設し、それら複数の支柱間をネットにより遮蔽した落石防護柵に用いることができる。
 次に、実験例について説明する。実験に用いた材料について説明すると、実施品は、外管2は外径318.5ミリ,肉厚6.0ミリの鋼管であり、内部鋼管3,3A,3B…は外径60.5ミリ,肉厚3.2ミリであり、充填材はモルタルである。比較品は、内部鋼管を有さない外径318.5ミリ,肉厚6.0ミリの鋼管にモルタルを充填した充填鋼管である。
 それぞれの外管2及び内部鋼管3は、6メートルである。なお、外管2の両端にはそれぞれ蓋体101を設け、外管2に穿設した注入孔102からモルタルを充填した。
 実施品と比較品の両端を支持し、その中央に荷重Fを加えた結果を図4のグラフであり、縦軸に載荷点のモーメント、横軸に載荷点の回転角度θを示す。同図の左側に示すように、実施品は比例範囲が大きく、耐力が高いことが分かる。
 また、実施品は、400kN-m程度までが弾性変形範囲であるのに対して、比較品は、200kN-m程度までが弾性変形範囲であり、これを超えると塑性変形を起こすことが確認された。これは200kN-mを超える荷重が加わると、荷重を取り除いても、塑性変形による歪が残り、その後、再度、落石などにより荷重が加わると、設計時より耐力が低下することを意味する。これに対して、実施品では、弾性変形範囲が広いから、例えば、200kN-m程度の荷重が加わった後、その荷重を取り除き、この後、再度の荷重が加わっても耐力に対する信頼性が高い。これは、充填鋼管では、曲げが生じると、内部の充填材であるモルタルに、引張領域側では、亀裂が発生し、荷重を取り除いても、モルタルによる強度が得られないためである。
 また、図4において、エネルギー吸収量は、グラフとモーメント0の軸とにより囲まれる面積に対応し、実施品の同面積は比較品に比べて極めて大となり、しかも、比較品は回転角が22deg程度で破断してしまうのに対して、実施品は35degを越えても破断せず、実施品がエネルギー吸収効率に優れることが分かる。
 図5は、横軸に前記載荷点における変位、縦軸に吸収エネルギーを取ったグラフであり、実施品が比較品より吸収エネルギーが大きなことが示されている。
 また、図3を用いて、実施品と比較品のエネルギー吸収量の違いについて考察する。実施品が比較品に比べてエネルギー吸収量が大きな理由として、比較品の充填鋼管は、モルタルに亀裂が発生して強度が低下するだけでなく、モルタルにより鋼管である外管2の断面変形が拘束され、すなわち外管2が扁平方向に変形することができず、引張領域側の断面に応力が集中してここから破断するのに対して、実施品では、図3に示すように、内部鋼管3が扁平状に変形してエネルギーを吸収すると共に、外管2もその断面が扁平状に変形可能であり、全体として効率よくエネルギーを吸収できることが分かる。尚、外管2及び内部鋼管3,3A,3Bは前記荷重Fの方向に対して断面形状が狭まると共に、前記荷重Fの方向と直交方向に断面形状が広がるように潰れる。また、従来の二重鋼管に充填材を充填したもの(図示せず)では、内部の鋼管の変形量が少なく、これに対して、実施品の内部鋼管3,3A,3Bは、直径方向の上下中央が近付くように潰れ、すなわち略∞となるように方向に変形するから、変形量が大きいことが分かり、これによりエネルギー吸収量が大となることが分かる。しかも、通常では、引張領域又は圧縮領域となる断面外側の変形が大となるが、複数の内部鋼管3,3A,3Bを蜜に配置しているから、中央の内部鋼管3が変形し、エネルギーを吸収することができる。
 尚、この場合、耐荷材1に曲げモーメントが生じた際、隣り合う内部鋼管3,3A,3B同士が当たって変形すると共に、内部鋼管3,3A,3Bの間にある充填材4を介して内部鋼管3,3A,3Bが変形するから、内部鋼管3,3A,3Bの間が中空であるより、充填材4が充填されている方が好ましい。
 そして、通常の鋼管は、局部座屈したとき、曲げ耐力が極度に低下する。これを防止するために鋼管内部にコンクリートを充填した充填鋼管があるが、この充填鋼管は断面形状が潰れることによる曲げ耐力の低下を抑制できるものの変形が進むと、内部の充填コンクリートが変形できないため、外側の鋼管にひずみが集中し、鋼管が破断した後に、脆性的な破壊が生じる。
 これに対して、本実施例の耐荷材1は、内部鋼管3,3A,3Bを内部に配置した外管2は、曲げにより変形し外管2の断面形状が潰れても曲げ耐力の低下を抑制できる。さらに、内部鋼管3,3A,3Bが潰れることで外管2にひずみを集中させない特徴を持つ。このメカニズムは、鋼材自体が粘りのある材質であることと、断面形状が潰れて断面性能が変わっても、耐力の急激な低下が発生しないからである。そして、耐荷材1の断面形状が変化することで大きなエネルギー吸収性能を有する。尚、外管2及び内部鋼管3,3A,3Bは、断面形状が円形から上下方向が短く左右方向に長くなるように変形し、例えば、上下方向の長さが左右方向の長さに対して65%以下、好ましくは60%以下変形する。この場合、複数の内部鋼管3,3A,3Bの少なくとも1つが上記範囲に変形すればよい。
 このように本実施例では、請求項に対応して、金属製の外管2と、この外管2内に配置された複数の金属製内部管たる内部鋼管3,3A,3Bとを備え、複数の内部鋼管3,3A,3B管を位置決めして配置した耐荷材において、外管2及び内部鋼管3,3A,3Bは断面が円形をなし、所定値以上の力による曲げモーメントによって塑性変形が生じた際、内部鋼管3,3A,3Bが扁平状に変形するように構成したから、複数の内部鋼管3,3A,3Bにより耐力が向上し、しかも、荷重を受けると、内部鋼管3,3A,3Bが扁平状に変形することにより、外管2も変形可能となり、外管2に局部的に応力が集中することなく、エネルギー吸収効果が向上する。
 また、このように本実施例では、請求項に対応して、前記内部管を3本以上備えるから、従来に比べてエネルギー吸収効果が向上する。
 また、このように本実施例では、請求項に対応して、複数の内部鋼管3,3A,3Bを位置決めする位置決め手段が、外管2の内面21と内部鋼管3,3A,3Bの外面31との間に充填された充填材4であるから、外管2内に充填材4を充填することにより、簡単に複数の内部鋼管3,3A,3Bを位置決めできる。
 また、このように本実施例では、請求項に対応して、外管2及び内部鋼管3,3A,3Bが鋼管であり、鋼管は粘りのある材質であるから、変形しても耐力の急激な低下を防げる。
 また、このように本実施例では、請求項に対応して、前記外管2の厚さよりび内部鋼管3,3A,3Bの厚さが薄いものであるから、直径の小さいび内部鋼管3,3A,3Bが扁平状に変形し易くなる。
 また、このように本実施例では、請求項に対応して、前記充填材4がセメント系充填材であるから、安価で扱い易いものとなる。
 また、このように本実施例では、請求項に対応して、内部鋼管3,3A,3B同士の外面31が近接するように配置したから、内部鋼管3,3A,3B同士を近接することにより、荷重が加わると、内部鋼管3,3A,3B同士が当たって、相互に変形を起こし、エネルギーを吸収できる。
 また、このように本実施例では、請求項に対応して、内部鋼管3,3A,3Bの外面31が他の内部鋼管と2箇所以上で近接するから両側から内部鋼管3,3A,3Bが当たるから、荷重が加わった際、相互に変形を起こし、エネルギーを吸収できる。
 また、このように本実施例では、請求項に対応して、外面21が近接するように配置した複数の内部鋼管3Bの範囲内に、他の内部鋼管3,3Aを配置したから、荷重が加わった際、相互に変形を起こし、エネルギーを吸収できる。
 また、このように本実施例では、請求項に対応して、内部鋼管3,3Aの外面が他の内部鋼管3,3A,3Bと6箇所以上で近接するから、内部鋼管3,3A,3B同士が当たり、荷重が加わった際、相互に変形を起こし、エネルギーを吸収できる。また、同径の場合、1本の内部鋼管3で他の6本の内部鋼管3Aと近接して配置することがきるから、一番効率の良い配置となる。
 また、このように本実施例では、請求項に対応して、外管2の内面側で、該外管2の断面中心線と略平行に内部鋼管3,3A,3Bが複数並んで配置され、この例では内部鋼管3Aが2本並び、内部鋼管3Bが3本並んでいるから、複数並んだ内部鋼管3A,3Bが、荷重を受けた際の引張領域に位置するように耐荷材1を使用することにより、それら内部鋼管3A,3Bにより引張力に対抗することができる。
 また、このように本実施例では、請求項に対応して、外管2の断面中心線と略平行に前記内部鋼管3Bが3本以上並んで配置されているから、3本以上の内部鋼管3Bにより前記引張力に効率よく対応することができる。
 また、実施例上の効果として、複数の内部鋼管3,3A,3Bをハニカム状に隙間なく密に配置したから、ハニカム状の配置した内部鋼管3,3A,3Bを備えることにより、耐力とエネルギー吸収効果に優れたものになる。
 図6は本発明の実施例2を示し、上記実施例1と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述すると、この例では、外管2内に、中心の内部鋼管3と、この内部鋼管3の周囲を囲む6本の内部鋼管3A…を配置し、外管2内に充填材4を充填し、また、内部鋼管3,3Aを略密に配置している。また、この例では、内部鋼管3,3Aの外径は、外管2の外径の1/3以下である。
 このように本実施例では、上記実施例1と同様な作用・効果を奏し、この例では、外管2の断面中心線Sと略平行に内部鋼管3A,3Aが2本並んで配置されている。
 図7は本発明の実施例3を示し、上記各実施例と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述すると、この例では、上記実施例2に比べて外管2の直径が小さく、あるいは、内部鋼管3,3Aの直径が大きく、内部鋼管3Aが外管2に略接するように構成することにより複数の内部鋼管3,3Aを位置決めしている。また、この例では、内部鋼管3,3Aの外径は、外管2の外径の1/3以下である。
 このように本実施例では、上記実施例と同様な作用・効果を奏し、この例では、外管2の断面中心線Sと略平行に内部鋼管3A,3Aが2本並んで配置されている。また、内部鋼管3Aが外管2に略接するように構成することにより複数の内部鋼管3,3Aを位置決めしており、内部鋼管3,3A自体が位置決め手段となる。
 図8は本発明の実施例4を示し、上記各実施例と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述すると、この例では、4本の内部鋼管3Aを方形の頂点位置に配置しており、外管2の断面中心線Sと略平行に内部鋼管3A,3Aが2本並んで配置され、上記各実施例と同様な作用・効果を奏する。また、この例では、内部鋼管3Aの外径は、外管2の外径の1/2以下である。
 図9は本発明の実施例5を示し、上記各実施例と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述すると、この例では、3本の内部鋼管3Aを三角形の頂点位置に配置しており、上記各実施例と同様な作用・効果を奏する。また、この例では、内部鋼管3Aの外径は、外管2の外径の1/2以下である。
 図10は本発明の実施例6を示し、上記各実施例と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述すると、この例では、上記実施例1において、中心の内部鋼管3を用いず、中心に充填材4を充填しており、上記各実施例と同様な作用・効果を奏する。
 また、この例では外管2の中央の内部鋼管3を省略し、その中央は曲げ荷重が加わったとき圧縮と引張の中心軸であるから、衝撃荷重を受ける前の状態では、内部鋼管3を入れることは強度の向上面ではメリットが少ない面があるから、材料費を削減できる。
 図11は本発明の実施例7を示し、上記各実施例と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述すると、この例では、上記実施例1において、中心の内部鋼管3とこの周囲の6本の内部鋼管3A…を用いず、中心に充填材4を充填し、また、内部鋼管3Aを略密に配置しており、上記各実施例と同様な作用・効果を奏する。
 また、この例では、外管2の中心側の7本の内部鋼管3,3Aを省略したが、耐荷材1を曲げた場合、引張応力と圧縮応力が大きく加わるのは、断面の外側であるから、この部分に内部鋼管3Bを集中して配置することにより、効率よく強度を向上することができる。
 図12は本発明の実施例8を示し、上記各実施例と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述すると、この例では、上記実施例1において、6本の内部鋼管3A…を用いず、充填材4を充填しまた、内部鋼管3Aを略密に配置しており、上記各実施例と同様な作用・効果を奏する。
 また、この例では、充填材4を充填する前に、中心の内部鋼管3を基準にして図示しない仮固定具により外側の内部鋼管3Bを仮固定することができ、製造が容易となる。
 図13は本発明の実施例9を示し、上記各実施例と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述すると、この例では、上記実施例2において、中心の鋼管3を用いず、中心に充填材4を充填しており、上記実施例と同様な作用・効果を奏する。
 なお、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、実施例では、外管及び内部管に鋼管を用いた例を示したが、外管及び内部管は鉄以外でも、アルミニウム,ステンレスまたはこれらの合金であってもよく、各種金属製のものを用いることができる。また、実施例では、充填材としてセメント系のものを例示したが、充填材として、現場発泡した発泡スチロール樹脂などの発泡材などを充填して内部鋼管を位置決めしてもよい。このように発泡材は比較的小さい力で変形可能であるから、内部鋼管内にも充填してもよい。また、実施例では、同径で同じ肉厚の内部鋼管を用いたが、肉厚を変えたり、直径の異なる内部鋼管を組み合わせたりしてもよい。さらに、外管の外面は必ずしも露出している必要はなく、例えば二重鋼管の内側の鋼管に本発明の耐荷材を用いてもよい。
1 耐荷材
2 外管
21 外面
3,3A,3B 内部鋼管(内部管)
31 内面 
4 充填材(位置決め手段)

Claims (16)

  1. 金属製の外管と、この外管内に配置された複数の金属製内部管とを備え、前記複数の内部管を位置決めして配置した耐荷材において、前記外管及び内部管は断面が円形をなし、曲げモーメントによって塑性変形が生じた際、前記内部管が扁平状に変形するように構成したことを特徴とする耐荷材。
  2. 前記内部管を3本以上備えることを特徴とする請求項1記載の耐荷材。
  3. 前記複数の内部管を位置決めする位置決め手段が、前記外管内面と内部管外面との間に充填された充填材であることを特徴とする請求項1記載の耐荷材。
  4. 前記複数の内部管を位置決めする位置決め手段が、前記外管内面と内部管外面との間に充填された充填材であることを特徴とする請求項2記載の耐荷材。
  5. 前記外管及び前記内部管が鋼管であることを特徴とする請求項1記載の耐荷材。
  6. 前記外管及び前記内部管が鋼管であることを特徴とする請求項3記載の耐荷材。
  7. 前記外管の厚さより内部管の厚さが薄いことを特徴とする請求項1記載の耐荷材。
  8. 前記外管の厚さより内部管の厚さが薄いことを特徴とする請求項3記載の耐荷材。
  9. 前記充填材がセメント系充填材であることを特徴とする請求項3記載の耐荷材。
  10. 前記内部管同士の外面が近接するように配置したことを特徴とする請求項1記載の耐荷材。
  11. 前記内部管同士の外面が近接するように配置したことを特徴とする請求項3記載の耐荷材。
  12. 前記内部管の外面が他の内部管と2箇所以上で近接することを特徴とする請求項10記載の耐荷材。
  13. 外面が近接するように配置した複数の前記内部管で囲まれた範囲内に、他の内部管を配置したことを特徴とする請求項10記載の耐荷材。
  14. 前記内部管の外面が他の内部管と6箇所以上で近接することを特徴とする請求項12記載の耐荷材。
  15. 前記外管の内面側で、該外管の断面中心線と略平行に前記内部管が複数並んで配置されていることを特徴とする請求項12記載の耐荷材。
  16. 前記外管の断面中心線と略平行に前記内部管が3本以上並んで配置されていることを特徴とする請求項15記載の耐荷材。
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