济南阳光新路大桥1号连续梁桥设计

　　摘 要

　　本设计是根据设计任务书的要求和《公路桥规》的规定,对济南阳光新路大桥1号连续梁桥设计进行设计,根据计算书和实际的地质环境情况对整个桥梁的结构尺寸和计算方法进行了初步的设计和拟定.

　　在设计中,根据计算书的要求该桥设计为连续梁桥,上部结构采用预应力钢筋混凝土连续箱形梁桥,桥面行车道板根据弹性薄板理论将桥面板确定为单向板和悬臂板两部分进行计算,并对其进行了内力及配筋计算.桥梁主梁的计算着重分析了桥梁在使用工程中恒载以及活载的作用,采用Midas进行建模计算,进行了梁的配筋计算,估算了钢绞线的各种预应力损失,并进行预应力阶段和使用阶段主梁截面的强度和变形验算、锚固区局部强度验算和挠度的计算.

　　下部结构采用以钻孔灌注桩为基础的双墩柱,按照偏心受压构件分别其进行了相关的设计计算和验算.支座采用的是盆式橡胶支座,桥台采用的是重力式桥台,在设计中对其进行了相关的验算.最后对本桥梁的主要的施工工艺进行了简单明了的说明.

　　关键词:预应力混凝土,连续梁桥,箱型截面,钻孔灌注桩,钢绞线,桥墩桥台

　　ABSTRACT

　　This design is according to the design project description request and "Road Bridge gauge" the stipulation, carries on the design to the Jinan sunlight new path bridge 1 continuous bridge design, has carried on the preliminary design according to the account book and the actual geological environment situation to the entire bridge's structure size and the computational method and draws up. in the design, according to the account book request this bridge design is the continuous bridge, the superstructure uses the prestressed rinforcement concretes continual box girder bridge, the bridge floor lane board according to the elastic thin steel plate theory the floorboard determined that carries on the computation for the unidirectional board and the corbel back slab two parts, and has carried on the endogenic force and the reinforcing bars computation to it. The bridge king post's computation has analyzed the bridge emphatically in the use project the dead load as well as the live load function, uses Midas to carry on the modelling computation, has carried on Liang's reinforcing bars computation, has estimated the steel stranded wire each kind of loss of prestress, and carries on the pre-stressed stage and the operational phase king post section intensity and distorts the checking calculation, the anchor area partial intensity checking calculation and the amount of deflection computation. the substructure uses take the drill hole filling pile as the foundation double foot stall, distinguished it according to the eccentric compression component to carry on the related design calculation and the checking calculation. What the support uses is the trough type rubber support, what the abutment uses is the gravity abutment, has carried on the related checking calculation in the design to it. Finally has carried on the simple intelligible explanation to this bridge's main construction craft.

　　KEY WORDS:The prestressed concrete, the continuous bridge, the box section, drills a hole the filling pile, the steel stranded wire, the bridge pier abutment

　　目录

　　前 言………………………………………………………………………1

　　第1章 方案比选………………………………………………………………………3

　　1.1设计背景………………………………………………………………………3

　　1.1.1 工程概况………………………………………………………………………3

　　1.1.2  工程水文地质情况………………………………………………………………………3

　　1.1.3  设计规范………………………………………………………………………3

　　1.1.4  设计荷载………………………………………………………………………3

　　1.2 桥型方案………………………………………………………………………4

　　1.2.1  概述………………………………………………………………………4

　　1.2.2  结构形式………………………………………………………………………4

　　1.3  拟定方案………………………………………………………………………7

　　1.3.1  外形比较………………………………………………………………………7

　　1.3.2  施工比较………………………………………………………………………7

　　1.3.3  拟定桥型方案初步设计………………………………………………………………………7

　　第二章 主梁设计………………………………………………………………………9

　　2.1上部结构细部尺寸拟定………………………………………………………………………9

　　2.1.1 跨径布置………………………………………………………………………9

　　2.1.2  箱梁尺寸拟定………………………………………………………………………9

　　2.1.3  桥面构造………………………………………………………………………10

　　2.2  内力计算………………………………………………………………………10

　　2.2.1  有限元模型的建立………………………………………………………………………10

　　2.2.2  Midas导出的内力图………………………………………………………………………12

　　2.2.3  荷载组合………………………………………………………………………14

　　2.3 预应力筋的设计与布置………………………………………………………………………17

　　2.3.1   预应力钢筋估算………………………………………………………………………17

　　2.3.2纵向非预应力钢筋估算………………………………………………………………………28

　　第三章  PSC验算结果………………………………………………………………………30

　　3.1施工阶段正截面法向应力验算………………………………………………………………………30

　　3.2使用阶段正截面压应力验算………………………………………………………………………33

　　3.3 使用阶段正截面抗裂验算………………………………………………………………………35

　　3.4 使用阶段斜截面抗裂验算………………………………………………………………………36

　　3.5使用阶段斜截面正压应力验算………………………………………………………………………38

　　3.6 使用阶段正截面抗弯验算………………………………………………………………………40

　　3.7 使用阶段斜截面抗剪验算………………………………………………………………………43

　　第四章 桥面板计算………………………………………………………………………47

　　4.1  桥面板内力计算………………………………………………………………………47

　　4.1.1单向板的计算………………………………………………………………………47

　　4.1.2悬臂板内力计算………………………………………………………………………49

　　4.2  配筋及验算………………………………………………………………………50

　　4.2.1悬臂部分负弯矩配筋计算………………………………………………………………………50

　　4.2.2箱梁顶板正弯矩配筋计算………………………………………………………………………51

　　第五章 锚固区局部承压计算………………………………………………………………………53

　　5.1局部受压区尺寸要求………………………………………………………………………53

　　5.2 局部抗压承载力计算………………………………………………………………………55

　　第六章 支座计算………………………………………………………………………56

　　6.1  支座要求………………………………………………………………………56

　　6.1.1支座分类………………………………………………………………………56

　　6.1.2对支座的技术要求………………………………………………………………………56

　　6.2成品橡胶支座的选配和布置………………………………………………………………………57

　　第七章 桥墩计算………………………………………………………………………59

　　7.1  桥墩内力计算………………………………………………………………………59

　　7.2  桥墩配筋计算及验算………………………………………………………………………62

　　7.2.1钢筋面积估算………………………………………………………………………62

　　7.2.2桥墩钢筋验算………………………………………………………………………63

　　第八章 钻孔灌注桩计算………………………………………………………………………64

　　8.1  内力计算………………………………………………………………………64

　　8.1.1荷载计算………………………………………………………………………64

　　8.1.2桩长计算………………………………………………………………………64

　　8.1.3桩的内力计算………………………………………………………………………65

　　8.1.4 桩身弯矩的计算………………………………………………………………………66

　　8.1.5 桩身水平压应力………………………………………………………………………67

　　8.2 桩身截面配筋与承载力验算………………………………………………………………………68

　　8.3桩顶纵向水平位移验算………………………………………………………………………69

　　8.3.1  桩在地面处的水平位移和转角计算………………………………………………………………………69

　　8.3.2 桩顶纵向水平位移验算………………………………………………………………………70

　　第九章  桥台计算………………………………………………………………………71

　　9.1 重力式桥台尺寸拟定………………………………………………………………………71

　　9.2  荷载计算及组合………………………………………………………………………72

　　9.3 桥台验算………………………………………………………………………77

　　第十章  施工组织设计………………………………………………………………………80

　　10.1 钻孔灌注桩施工………………………………………………………………………80

　　10.2  墩台施工………………………………………………………………………83

　　10.3  支座安装………………………………………………………………………87

　　10.4  预应力砼连续箱梁现浇施工工艺………………………………………………………………………87

　　10.5  桥面系施工………………………………………………………………………88

　　10.6  安全保证措施………………………………………………………………………89

　　10.7 文明施工保证措施………………………………………………………………………90

　　结 束 语………………………………………………………………………92

　　外文文献及翻译………………………………………………………………………93

　　致谢………………………………………………………………………105

　　参考文献………………………………………………………………………106

　　前 言

　　(一)设计的目的和意义

　　毕业设计是高等工科院校本科培养计划中最后一个重要的教学环节,目的是使学生在学完培养计划所规定的基础课、技术基础课及各类必修和选修专业课程之后,通过毕业设计这一环节,较为集中和专一地培养学生运用所学的基础理论、基本知识和基本技能,分析和解决实际问题的能力.和以往的理论教学不同,毕业设计是要学生在教师的指导下,独立地、系统地完成一个工程设计,以期能掌握一个工程设计的全过程,在巩固已学课程的基础上,学会考虑问题、分析问题和解决问题,并可以继续学习到一些新的专业知识,有所创新.

　　该主要目的是在教师的指导下,独立系统地完成一个工程设计,以期掌握工程设计的全过程,在巩固已学课程的基础上,学会考虑分析问题和解决问题,并可以继续学到一些新的专业知识,有所创新.设计内容包括:方案比选;上部结构设计;下部结构设计;施工方法设计;工程施工图的绘制.

　　要求通过本毕业设计,掌握桥梁结构荷载的布置方法、掌握主梁的设计方法、掌握桥梁支座的计算方法、掌握桥梁墩台的设计与计算、掌握桥梁基础的设计与计算等,同时根据桥型选用适当的施工方法和施工工艺,培养学生运用现行规范进行设计的能力,培养学生运用所学知识综合分析问题和解决问题的能力.要求设计达到技术先进、经济合理,安全可靠的目标,设计方法上有一定的创新.

　　(二)设计项目发展情况简介

　　济南阳光新路大桥位于济南市北起经十路,南至规划中的阳光新路,经技术经济比较,上部结构采用整体式满堂支架现浇法,后张拉预应力混凝土箱型连续梁桥,下部结构采用柱式桥墩、重力式桥台、钻孔灌注桩基.该桥设计为连续梁桥,桥面为连续铺装,桥两端设伸缩缝.

　　主要材料:

　　(1)桥面铺装:C40防水混凝土;

　　(2)主梁采用C50混凝土.

　　(3)桥头搭板、桥墩、柱、台身等均用C30混凝土.

　　(4)预应力混凝土连续梁采用预应力Φ15.2钢绞线.普通钢筋:主筋采用HRB400级钢筋,其他均用R235级钢筋.

　　(5)支座采用盆式橡胶支座.

　　本设计共十章,其内容为:方案比选、主梁设计、PSC验算、桥面板计算、锚固区局部承压计算、支座计算、桥墩设计、钻孔灌注桩设计、桥台设计、施工组织设计.

　　在设计过程中,我的指导老师×××老师以及交通土建教研室的姜福香老师、赵建峰老师给予了大力的支持,提出了许多宝贵的意见和建议,在此表示衷心的感谢.

　　由于毕业设计是设计的初步尝试,涉及专业知识比较多,加上条件和水平所限,不可避免地存在疏漏与错误,敬请专家、教师批评指正.

　　第1章 方案比选

　　1.1设计背景

　　1.1.1 工程概况

　　本毕业设计的设计任务是济南阳光新路大桥1号预应力钢筋混凝土连续梁桥的设计.该桥位于济南市,北起经十路,南至规划中的阳光新路,设计速度60km/h,桥梁全长150米.

　　1.1.2  工程水文地质情况

　　1、地形地貌

　　桥位处地貌类型为剥蚀残丘地貌,区域构造背景稳定,场地稳定性良好.

　　2、各岩土层分布

　　根据勘探资料,场区内的地层自上而下分述如下:

　　(1)素填土:广泛分布于场区内,黄褐色,松散~稍密,稍湿,以粘性土为主,含少量花岗岩风化碎屑,加有碎石块.层厚:1.1~2.50米.该层主要为砖石屯土,属欠固结土,层厚和力学性质变化大,工程特性不稳定,不能用作拟建物的地基持力层.

　　(2)粉质粘土:广泛分布于场区内,黄褐色,可塑~硬塑,湿~饱和,松散~密实,级配较差,层厚1.5~6.40米.地基承载力特征值200kPa,压缩模量11Mpa,极限侧阻力标准值100kPa.

　　(3)粗粒混合土,广泛分布于场区内,红褐色,稍湿,中密,以花岗岩风化碎屑为主,层厚:5.5~10.3米.地基承载力特征值250kPa,变形模量22MPa,极限侧阻力标准值120kPa.

　　(4)风化花岗岩:广泛分布于场区内,层厚未透,肉红色,粗粒花岗岩结构,主要成分为长石、石英、少量云母,块状、柱状,有裂隙.地基承载力特征值2000kPa, 弹性模量6000MPa,极限端阻力标准值12000kPa.

　　3、地下水

　　场区地下水在勘察深度范围内未见,地下水对混凝土无侵蚀性.

　　1.1.3  设计规范

　　(1)《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)

　　(2)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)

　　(3)《城市桥梁设计荷载标准》(CJJ77-98)

　　(4)《混凝土结构设计规范》(GBJ10-89)

　　1.1.4  设计荷载

　　(1)恒载:包括结构自重、桥面二期恒载按、预加力、混凝土收缩和徐变的影响、温度变化的影响;

　　(2)设计荷载:城-A级,人群荷载:3kn/平方米;

　　(3)特殊荷载:施工荷载等.

　　1.2 桥型方案

　　1.2.1  概述

　　建造在城市中的桥梁特别是大型桥梁,是城市交通中重要的工程构筑物.由于桥位所处位置的特殊性,城市桥梁的设计准则与一般公路桥梁有所不同,除了要考虑桥梁本身结构要求外,还应符合使用要求,交通发展和城市发展要求,按照实用、安全、经济、美观的原则进行设计.

　　桥梁设计原则:

　　(1)实用性 桥梁必须实用,要有足够的承载能力,能保证行车的顺畅、舒适和安全;既满足当前的需要,又要考虑今后的发展;既满足交通运输本身的需要,也要考虑到支援农业,满足农田排灌的需要;通航河流上的桥梁,应满足航运的要求;靠近城市、村镇、铁路及水利设施的桥梁,还应结合各有关方面的要求,考虑综合利用;桥梁还应考虑在战时适应国防的要求;在特定地区,桥梁还应满足特定条件下的特殊要求(如地震等).

　　(2)安全性 现代桥梁设计越来越强调舒适度,要控制桥梁的竖向与横向振幅,避免车辆在桥上振动与冲击.整个桥跨结构及各部分构件,在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性.

　　(3)经济性 评价一座桥的经济性可从以下几个方面进行:造价、工期、及养护维修.设计的经济性一般应占首位.在满足要求的前提下一定要尽可能降低成本.

　　(4)美观性 在实用、安全和经济的前提下,尽可能使桥梁具有优美的外形,并与周围环境相协调,这就是美观的要求.合理的轮廓是美观的主要因素.在城市和游览地区,要注意环保问题,较多地考虑桥梁的建筑艺术.但是不要把美观片面地理解成豪华的细部装饰,在这方面增加很多费用是不妥当的.

　　1.2.2  结构形式

　　由设计任务知该桥的设计总长度为150m,属大桥.大跨度城市桥中常采用的桥梁型式有:简支梁桥、连续梁桥、拱桥等.现将各类桥型的优缺点叙述如下:

　　1.简支梁:桥型选用简支梁时截面一般用T形截面,T型梁结构受力明确,设计及施工经验成熟,跨越能力大,施工可采用预制吊装的方法,施工进度较快.

　　(1)孔径布置:5×30m,全长150m.

　　(2)结构构造:该桥采用五跨简支梁桥,梁截面采用带马蹄的T型截面.

　　简支梁具有受力明确;受无缝钢轨因温度变化产生的附加力、特殊力的影响小;易做到设计标准化、制造工厂化,安装架设方便,施工速度快;不怕支点的沉降,各桥墩受力均匀下部结构可得到最大程度的优化;无须加大支座处的梁高等优点.缺点:梁高较大,景观稍差;行车条件不如连续梁.

　　2.连续梁:当选用连续梁时,断面形式大部分采用箱梁截面.箱梁是一种实用而完美的桥梁型式,由于其良好的整体受力性能、舒展挺拔的外型,在国内外现代的市政桥梁、轨道交通高架桥领域占据着主导地位.箱梁抗扭刚度大,整体受力和动力稳定性能好,外观简洁美观,行车平稳,冲击性小,适应性强,在直线、曲线、折返线及过渡线等区间段均可采用,且其施工技术成熟,造价适中.

　　(1)孔径布置:40m+70m+40m,全长150m,边跨约为中跨的0.57倍.

　　(2)结构构造:从预应力混凝土桥梁的受力特点来分析,连续梁的立面宜采用变截面布置.根据已建成桥梁的资料分析,支点梁高:

　　H=(1/16~1/20)l=(1/16~1/20)×70m=(2.8~3.5)m, 取H=3.5m.

　　中跨跨中梁高:

　　h=(1/30~1/50)l=(1/30~1/50)×70m=(1.4~2.33)m,取h=1.8m.

　　为方便计算与施工,边跨跨中梁高采用与中跨相同的值.

　　因此,该桥采用三跨连续梁桥,梁截面采用变截面的单箱三室预应力混凝土箱形截面,支点梁高为3.5m,跨中梁高1.8m.

　　与同宽度的简支梁相比可降低梁高,节省工程数量,有利于争取桥下净空,并改善景观;其结构刚度大具有良好的动力特性以及减震降噪作用,使行车平稳、舒适,后期的维修养护工作也较小;从城市美学效果来看,连续梁造型轻巧、平整、线条流畅,将给城市增色不小.不足之处:对基础沉降要求较严,特别是由于联长较大,桥上无缝钢轨因温度变化而产生的水平力较大,使得梁体与墩台之间的受力十分复杂,加大了设计的难度;万一孔被破环时,修复困难.

　　3.组合拱桥:

　　(1)孔径布置:40m+70m+40m.拱肋的失跨比为1/7(1/5~1/8).

　　(2)结构构造:主桥采用中承式梁拱组合桥(也称为系杆拱桥).加劲纵梁梁截面采用单箱四室预应力混凝土箱形梁截面;拱肋采用钢管混凝土双片拱肋,其截面采用圆端形截面.

　　拱式结构在竖向荷载作用下,支撑处不仅产生竖向反力,而且还会产生水平推力.正式这个水平推力的存在,使得拱的弯矩将比相同跨径的梁的弯矩小很多,整个拱主要承受压力.这样拱不仅可以利用钢、钢筋混凝土等材料来修筑,而且还可以更具拱的这个受力特点,充分利用抗压性能好而抗拉性能较差的圬工材料来修筑.

　　由于拱桥自重较大,相应的水平推力也较大,要求有庞大的墩、台和良好的地基,拱桥施工难度高,造价高,工期长,同时该工程属于城市桥梁,桥料两岸接线的工程量增大,或者使桥面纵坡增大,既增加了造价又行车不利.

　　1.3  拟定方案

　　1.3.1  外形比较

　　从结构外形上看,比较以上几种方案来说拱形的造型更新颖、美观,有利于与周围环境相协调,因而更适合于城市桥梁;连续梁形是城市桥梁中较多采用的方案型式,其结构合理、工艺成熟;简支梁形桥,外形简单,制造方便,肋内配筋可做成刚劲的钢筋骨架,主梁之间借助横隔梁连接,整体性较好,接头也较方便.

　　1.3.2  施工比较

　　从施工难度看,拱桥的施工稍复杂,且工期也较长;连续梁桥的施工使桥的整体性较好,且施工工期较短;简支梁桥由于上部结构采用工厂预制,其上下部及结构的施工可同时进行,但构件的截面形状不稳定,运输和安装较麻烦;横向接头正好位于桥面板的跨中,对板的受力不利.

　　总的来说上述方案都符合了安全、功能的要求,因此应该从经济、美观方面选择造价低、施工期短、使用效果好、结构轻巧美观的方案作为推荐方案.经综合考虑后,本设计选用三跨连续箱型梁桥作为最终的设计方案.与其它结构体系相比,连续箱型梁桥技术成熟,占用施工场地少,施工方便,维修工作量小,养护工程量小,造价相对而言较低,且全桥有较好的抗震性能.

　　1.3.3  拟定桥型方案初步设计

　　(1)孔径布置:40m+70m+40m,全长150m,边跨约为中跨的0.6倍.

　　(2)结构构造:该桥采用三跨连续梁桥,梁截面采用变截面的单箱三室预应力混凝土箱形截面,支点梁高为3.5m,跨中梁高1.8m.

　　(3)桥墩及基础:结合本设计的地质情况,柱式桥墩是最合适的墩型,与济南阳光新路大桥2号桥的要求非常吻合.柱式桥墩是目前公路桥梁、桥宽较大的城市桥梁和立交桥及中小跨度铁路旱桥中广泛采用的桥墩形式.这种桥墩既可以减轻墩身重量、节省圬工材料,又比较美观、结构轻巧,桥下通视情况良好.

　　因此桥墩采用双柱墩,柱径为1.6m.桥墩基础采用钻孔灌注桩,采用的桩径为1.8米,桩长度为20米,以使其承载在花岗岩微风化带上.

　　(4)施工方案:上部结构施工采用整体式支架现浇施工法,即在支架上在安装模板,绑扎、安装钢筋骨架,预留孔道,后在现场浇注箱梁混凝土,而后施加预应力.

墩桩配筋图


非预应力筋横断面图


桥墩构造图


桥梁整体构造图


桥台布置结构图


预应力断面图


预应力筋坐标图

　　…………由于本文篇幅较长,部分内容省略,详细全文见文末附件

　　结 束 语

　　经过这三个月的毕业设计,在老师和同学的帮助下顺利完成了毕业设计,达到了毕业设计的要求.毕业设计是对四年所学知识的一次综合运用、扩充和深化,也是对我们理论运用于实际设计的一次锻炼.通过这次毕业设计的机会,使我将课本的知识很好的和实践结合在一起,不仅使自己巩固复习了自己在课堂上的知识,同时也使自己学习到了在课堂上学不到的东西,同时也使自己对自己所学的专业有了一个更加深入的了解,为即将到来的工作打好了基础.

　　通过毕业设计这个机会,使我对桥梁工程学有了一个新的认识,同时也了解到任何一座桥梁的设计都是一个伟大的工,也令我更加热爱自己所学的桥梁专业.设计本身是个艰巨的任务,把一个设计做到优秀更是一件艰巨的任务.如果设计做的很差,也会给施工单位带来很大的麻烦.在这次的设计中,我走了很多的弯路以及错路,导致设计并没有达到我心中的目标,但我相信,经过这次的设计,会让我在以后的设计工作中少犯错误.在进行工程实践的过程中,我们应该立足经典的理论知识,在不断的工程实践积累中,勇于创新,扩大交流,不断形成我们的工程技术优势.在我们马上离开校园的之前,能够系统的进行一次连续梁桥的设计令我感到特别荣幸.现在我国正处于基础建设的高峰时期,作为一名新世纪的土木工程人员,我们应该立足本国的具体情况,充分利用我国的人力和物力优势,不断加强对外工程技术交流与合作,在竞争激烈的国际市场中占据我们的一席之地.

　　致谢

　　本设计题目是济南阳光新路大桥1号连续梁桥设计.孔径布置为40m+70m+40m,总长为150m.该桥位于济南市,北起经十路,南至规划中的阳光新路.

　　在为期三个月的毕业设计期间,指导老师×××给于了我很多的关怀、指导,提供了许多宝贵的意见和建议,使我能构顺利的完成此次毕业设计,还有桥梁组的其他老师,姜福香老师,赵建锋老师也给了我很多的指导和帮助,及时给我提出问题修改,另外,我组的其他组员以及其他设计小组的组员,在生活中给予了我很大的帮助,在此表示忠心的感谢.

　　毕业设计的过程中,我深刻的体会到这是一个艰巨、繁重的过程,刚开始以长达三个月的时间做一个设计绰绰有余,多亏了朱老师定期为我们订制任务,让我们的任务有序紧张的走了过来.由于接触的连续箱型梁桥知识不够丰富,还有刚刚接触的Midas,刚开始感觉真的很吃力,在朱老师指导和各位同学的商量合作下,我慢慢熟悉了设计的步骤,尤其感觉到Midas是个很好很方便的软件,今后一定要好好学习,在此要感谢姜福香老师请来的刘春建工程师,帮助我解决了很多Midas软件中的问题.毕业设计的过程是一个学习的过程,不仅使我所学的专业知识得到了很好的有机结合,而且培养了我解决实际问题的能力.朱老师要求严格,每天都到毕业设计教室,关注我们的设计,耐心解答我们的问题,提出许多中肯的指导,指出我们设计中不够完善和不尽合理之处,使我们获益匪浅,做设计也事半功倍.

　　在毕业设计完成之际,在此我衷心感谢学校领导、老师的关怀!衷心感谢朱老师的不吝指导!衷心感谢各组同学的帮助!
　　参考文献
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