扣件式悬挑脚手架课程设计

扣件式钢管悬挑脚手架计算书悬挑式脚手架课程设计工程；工程建设地点:浙江省宁波市浙江大学宁波理工学院；属于框架结构；地上12层；地下0层；建筑高度：36m；标准层层高：3m；总建筑面积：0平方米；总工期：15天。本工程由浙江大学宁波理工学院投资建设，浙江大学宁波理工学院设计，浙江大学宁波理工学院地质勘察，浙江大学宁波理工学院监理，何广贾康豪组织施工；由何广贾康豪担任项目经理，何广贾康豪担任技术负责人。工程说明：建筑面积取东侧部分，指导老师查支祥，王建新老师。型钢悬挑扣件式钢管脚手架的计算依据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)、《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)、《钢结构设计规范》(GB50017-2003)、《建筑施工安全检查评分标准》(JGJ59-99)、《建筑施工高处作业安全技术规范》(JGJ80-91)以及本工程的施工图纸。一、参数信息:1.脚手架参数单排脚手架搭设高度为17.5m，立杆采用单立杆；搭设尺寸为：立杆的纵距为1.5m，立杆与墙中距离为1.05m，立杆的步距为1.8m；小横杆在上，搭接在大横杆上的小横杆根数为2根；脚手架沿墙纵向长度为150.00m；采用的钢管类型为Φ48×3.5；横杆与立杆连接方式为双扣件；取双扣件抗滑承载力调整系数0.85；连墙件布置取两步三跨，竖向间距3.6m，水平间距4.5m，采用螺栓连接；2.活荷载参数施工均布荷载(kN/m2):3.000；脚手架用途:结构脚手架；同时施工层数:2层；3.风荷载参数本工程地处浙江宁波市，基本风压0.5kN/m2；风荷载高度变化系数μz，计算连墙件强度时取0.74，计算立杆稳定性时取0.74，风荷载体型系数μs为0.251；4.静荷载参数每米立杆承受的结构自重荷载标准值(kN/m):0.1248；脚手板自重标准值(kN/m2):0.300；栏杆挡脚板自重标准值(kN/m):0.110；安全设施与安全网自重标准值(kN/m2):0.005；脚手板铺设层数:1层；脚手板类别:冲压钢脚手板；栏杆挡板类别:冲压钢脚手板挡板；5.水平悬挑支撑梁悬挑水平钢梁采用Φ51×3钢管，其中建筑物外悬挑段长度1.7m，建筑物内锚固段长度1.8m。锚固压点螺栓直径(mm):12.00；楼板混凝土标号:C25；6.拉绳与支杆参数支撑数量为:3；悬挑水平钢梁上面采用钢丝绳、下面采用支杆与建筑物联结。钢丝绳安全系数取:6.000；钢丝绳与梁夹角为(度):60；支杆与与梁夹角为(度):60；最里面支点距离建筑物0.75m,支杆采用50×4mm钢管。二、小横杆的计算:小横杆按照简支梁进行强度和挠度计算，小横杆在大横杆的上面。按照小横杆上面的脚手板和活荷载作为均布荷载计算小横杆的最大弯矩和变形。1.均布荷载值计算小横杆的自重标准值:P1=0.038kN/m；脚手板的荷载标准值:P2=0.3×1.5/3=0.15kN/m；活荷载标准值:Q=3×1.5/3=1.5kN/m；荷载的计算值:q=1.2×0.038+1.2×0.15+1.4×1.5=2.326kN/m；小横杆计算简图2.强度计算最大弯矩考虑为简支梁均布荷载作用下的弯矩，计算公式如下:Mqmax=ql2/8最大弯矩Mqmax=2.326×1.052/8=0.321kN·m；最大应力计算值σ=Mqmax/W=63.103N/mm2；小横杆的最大弯曲应力σ=63.103N/mm2小于小横杆的抗压强度设计值[f]=205N/mm2，满足要求！3.挠度计算:最大挠度考虑为简支梁均布荷载作用下的挠度荷载标准值q=0.038+0.15+1.5=1.688kN/m；νqmax=5ql4/384EI最大挠度ν=5.0×1.688×10504/(384×2.06×105×121900)=1.064mm；小横杆的最大挠度1.064mm小于小横杆的最大容许挠度1050/150=7与10mm，满足要求！三、大横杆的计算:大横杆按照三跨连续梁进行强度和挠度计算，小横杆在大横杆的上面。1.荷载值计算小横杆的自重标准值:P1=0.038×1.05=0.04kN；脚手板的荷载标准值:P2=0.3×1.05×1.5/3=0.158kN；活荷载标准值:Q=3×1.05×1.5/3=1.575kN；荷载的设计值:P=(1.2×0.04+1.2×0.158+1.4×1.575)/2=1.221kN；大横杆计算简图2.强度验算最大弯矩考虑为大横杆自重均布荷载与小横杆传递荷载的设计值最不利分配的弯矩和。Mmax=0.08ql2均布荷载最大弯矩计算:M1max=0.08×0.038×1.5×1.5=0.007kN·m；集中荷载最大弯矩计算公式如下:Mpmax=0.267Pl集中荷载最大弯矩计算:M2max=0.267×1.221×1.5=0.489kN·m；M=M1max+M2max=0.007+0.489=0.496kN·m最大应力计算值σ=0.496×106/5080=97.638N/mm2；大横杆的最大应力计算值σ=97.638N/mm2小于大横杆的抗压强度设计值[f]=205N/mm2，满足要求！3.挠度验算最大挠度考虑为大横杆自重均布荷载与小横杆传递荷载的设计值最不利分配的挠度和,单位:mm；均布荷载最大挠度计算公式如下:νmax=0.677ql4/100EI大横杆自重均布荷载引起的最大挠度：νmax=0.677×0.038×15004/(100×2.06×105×121900)=0.052mm；集中荷载最大挠度计算公式如下:νpmax=1.883Pl3/100EI集中荷载标准值最不利分配引起的最大挠度：小横杆传递荷载P=（0.04+0.158+1.575）/2=0.886kNν=1.883×0.886×15003/(100×2.06×105×121900)=2.243mm；最大挠度和：ν=νmax+νpmax=0.052+2.243=2.296mm；大横杆的最大挠度2.296mm小于大横杆的最大容许挠度1500/150=10与10mm，满足要求！四、扣件抗滑力的计算:按照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范培训讲座》刘群主编，P96页，双扣件承载力设计值取16.00kN，按照扣件抗滑承载力系数0.85，该工程实际的旋转双扣件承载力取值为13.60kN。纵向或横向水平杆与立杆连接时，扣件的抗滑承载力按照下式计算(《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》5.2.5):R≤Rc其中Rc--扣件抗滑承载力设计值,取13.60kN；R--纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值；小横杆的自重标准值:P1=0.038×1.05×2/2=0.04kN；大横杆的自重标准值:P2=0.038×1.5=0.058kN；脚手板的自重标准值:P3=0.3×1.05×1.5/2=0.236kN；活荷载标准值:Q=3×1.05×1.5/2=2.362kN；荷载的设计值:R=1.2×(0.04+0.058+0.236)+1.4×2.362=3.709kN；R<13.60kN,所以双扣件抗滑承载力的设计计算满足要求!五、脚手架立杆荷载的计算:作用于脚手架的荷载包括静荷载、活荷载和风荷载。静荷载标准值包括以下内容：(1)每米立杆承受的结构自重标准值，为0.136kN/mNG1=[0.1360+(1.05×2/2)×0.038/1.80]×17.50=2.772kN；(2)脚手板的自重标准值；采用冲压钢脚手板，标准值为0.3kN/m2NG2=0.3×1×1.5×1.05/2=0.236kN；(3)栏杆与挡脚手板自重标准值；采用冲压钢脚手板挡板，标准值为0.11kN/mNG3=0.11×1×1.5/2=0.082kN；(4)吊挂的安全设施荷载，包括安全网:0.005kN/m2NG4=0.005×1.5×17.5=0.131kN；经计算得到，静荷载标准值NG=NG1+NG2+NG3+NG4=3.222kN；活荷载为施工荷载标准值产生的轴向力总和，立杆按一纵距内施工荷载总和的1/2取值。经计算得到，活荷载标准值NQ=3×1.05×1.5×2/2=4.725kN；考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值为N=1.2NG+0.85×1.4NQ=1.2×3.222+0.85×1.4×4.725=9.489kN；不考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值为N'=1.2NG+1.4NQ=1.2×3.222+1.4×4.725=10.481kN；六、立杆的稳定性计算:风荷载标准值按照以下公式计算Wk=0.7μz·μs·ω0其中ω0--基本风压(kN/m2)，按照《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)的规定采用：ω0=0.5kN/m2；μz--风荷载高度变化系数，按照《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)的规定采用：μz=0.74；μs--风荷载体型系数：取值为0.251；经计算得到，风荷载标准值为:Wk=0.7×0.5×0.74×0.251=0.065kN/m2；风荷载设计值产生的立杆段弯矩MW为:Mw=0.85×1.4WkLah2/10=0.85×1.4×0.065×1.5×1.82/10=0.038kN·m；考虑风荷载时,立杆的稳定性计算公式σ=N/(φA)+MW/W≤[f]立杆的轴心压力设计值：N=9.489kN；不考虑风荷载时,立杆的稳定性计算公式σ=N/(φA)≤[f]立杆的轴心压力设计值：N=N'=10.481kN；计算立杆的截面回转半径：i=1.58cm；计算长度附加系数参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)表5.3.3得：k=1.155；计算长度系数参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)表5.3.3得：μ=1.8；计算长度,由公式l0=kuh确定：l0=3.742m；长细比:L0/i=237；轴心受压立杆的稳定系数φ,由长细比lo/i的结果查表得到：φ=0.13立杆净截面面积：A=4.89cm2；立杆净截面模量(抵抗矩)：W=5.08cm3；钢管立杆抗压强度设计值：[f]=205N/mm2；考虑风荷载时σ=9489.15/(0.13×489)+37597.305/5080=156.672N/mm2；立杆稳定性计算σ=156.672N/mm2小于立杆的抗压强度设计值[f]=205N/mm2，满足要求！不考虑风荷载时σ=10481.4/(0.13×489)=164.88N/mm2；立杆稳定性计算σ=164.88N/mm2小于立杆的抗压强度设计值[f]=205N/mm2，满足要求！七、连墙件的计算:连墙件的轴向力设计值应按照下式计算：Nl=Nlw+N0连墙件风荷载标准值按脚手架顶部高度计算μz＝0.74，μs＝0.251，ω0＝0.5，Wk=0.7μz·μs·ω0=0.7×0.74×0.251×0.5=0.065kN/m2；每个连墙件的覆盖面积内脚手架外侧的迎风面积Aw=16.2m2；按《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)5.4.1条连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力(kN),N0=3.000kN；风荷载产生的连墙件轴向力设计值(kN)，按照下式计算：Nlw=1.4×Wk×Aw=1.474kN；连墙件的轴向力设计值Nl=Nlw+N0=4.474kN；连墙件承载力设计值按下式计算：Nf=φ·A·[f]其中φ--轴心受压立杆的稳定系数；由长细比l/i=0/15.8的结果查表得到φ=1A=4.89cm2；[f]=205N/mm2；连墙件轴向承载力设计值为Nf=1×4.89×10-4×205×103=100.245kN；Nl=4.474<Nf=100.245,连墙件的设计计算满足要求！连墙件采用普通螺栓连接，普通螺栓计算参见《施工计算手册》钢结构部分。连墙件普通螺栓连接示意图八、悬挑梁的受力计算:悬挑脚手架按照带悬臂的单跨梁计算悬出端C受脚手架荷载N的作用，里端B为与楼板的锚固点，A为墙支点。本方案中，脚手架排距为1050mm，支拉斜杆的支点距离墙体为750mm，水平支撑梁的截面惯性矩I=13.08cm4，截面抵抗矩W=5.13cm3，截面积A=4.52cm2。受脚手架集中荷载N=1.2×3.222+1.4×4.725=10.481kN；水平钢梁自重荷载q=1.2×4.52×0.0001×78.5=0.043kN/m；悬挑脚手架示意图悬挑脚手架计算简图经过连续梁的计算得到悬挑脚手架支撑梁剪力图(kN)悬挑脚手架支撑梁变形图(mm)悬挑脚手架支撑梁弯矩图(kN·m)各支座对支撑梁的支撑反力由左至右分别为：R[1]=-0.77kN；R[2]=9.15kN；R[3]=2.324kN；R[4]=-0.113kN；R[5]=0.041kN。最大弯矩Mmax=0.521kN·m；最大应力σ=M/1.05W+N/A=0.521×106/(1.05×5130)+1.342×103/452=99.644N/mm2；水平支撑梁的最大应力计算值99.644N/mm2小于水平支撑梁的抗压强度设计值215N/mm2,满足要求！九、悬挑水平钢管挠度和扣件连接计算:水平支撑钢管的最大挠度为0.252mm小于支撑钢管的最大容许挠度1700/150与10mm，满足要求！因为立杆及支杆均需和水平支撑钢管通过扣件连接，需要验算此处的扣件抗滑力立杆传递给水平支撑杆的最大力10.481KN小于等于16KN,满足要求！水平支撑钢管下部的支撑钢管的最大支撑力R[2]=9.15KN小于等于16KN,满足要求！十、拉绳与支杆的受力计算:水平钢梁的轴力RAH和钢拉绳的轴力RUi、支杆的轴力RDi按照下面计算RAH=ΣRUicosθi-ΣRDicosαi其中RUicosθi为钢绳的拉力对水平杆产生的轴压力；RDicosαi为支杆的顶力对水平杆产生的轴拉力。当RAH>0时，水平钢梁受压；当RAH<0时，水平钢梁受拉；当RAH=0时，水平钢梁不受力。各支点的支撑力RCi=RUisinθi+RDisinαi且有RUicosθi=RDicosαi可以得到RUi=RCicosαi/(sinθicosαi+cosθisinαi)RDi=RCicosθi/(sinθicosαi+cosθisinαi)按照以上公式计算得到由左至右各杆件力分别为：RU1=-0.445kN；RU2=5.283kN；RU3=1.342kN；RD1=-0.445kN。RD2=5.283kN。RD3=1.342kN。十一、拉绳与支杆的强度计算:钢丝拉绳(支杆)的内力计算：钢丝拉绳(斜拉杆)的轴力RU与支杆的轴力RD均取最大值进行计算，分别为RU=5.283kNRD=5.283kN选择6×19钢丝绳,钢丝绳公称抗拉强度1400MPa，直径12.5mm。[Fg]=aFg/K其中[Fg]--钢丝绳的容许拉力(kN)；Fg--钢丝绳的钢丝破断拉力总和(kN)，查表得Fg＝80.1KN；α--钢丝绳之间的荷载不均匀系数，对6×19、6×37、6×61钢丝绳分别取0.85、0.82和0.8。α＝0.85；K--钢丝绳使用安全系数。K＝6。得到：[Fg]=11.347KN>Ru＝5.283KN。经计算，选此型号钢丝绳能够满足要求。下面压杆以50×4mm钢管计算，斜压杆的容许压力按照下式计算：σ=N/φA≤[f]其中N--受压斜杆的轴心压力设计值，N=5.283kN；φ--轴心受压斜杆的稳定系数,由长细比l/i查表得到φ=0.146；i--计算受压斜杆的截面回转半径，i=1.632cm；l--受最大压力斜杆计算长度，l=3.646m；A--受压斜杆净截面面积，A=5.781cm2；σ--受压斜杆受压应力计算值，经计算得到结果是62.598N/mm2；[f]--受压斜杆抗压强度设计值，f=215N/mm2；受压斜杆的稳定性计算σ<[f]，满足要求!钢丝拉绳(斜拉杆)的拉环强度计算钢丝拉绳(斜拉杆)的轴力RU的最大值进行计算作为拉环的拉力N，为N=RU=5.283kN钢丝拉绳(斜拉杆)的拉环的强度计算公式为σ=N/A≤[f]其中[f]为拉环钢筋抗拉强度，按《混凝土结构设计规范》10.9.8每个拉环按2个截面计算的吊环应力不应大于50N/mm2；所需要的钢丝拉绳(斜拉杆)的拉环最小直径D=(5283×4/(3.142×50×2))1/2=8.2mm；实际拉环选用直径D=10mm的HPB235的钢筋制作即可。斜撑支杆的焊缝计算：斜撑支杆采用焊接方式与墙体预埋件连接，对接焊缝强度计算公式如下σ=N/lwt≤fc或ft其中N为斜撑支杆的轴向力，N=5.283kN；lw为斜撑支杆件的周长，取157.08mm；t为斜撑支杆焊缝的厚度，t=4mm；ft或fc为对接焊缝的抗拉或抗压强度，取185N/mm2；经过计算得到焊缝最大应力σ=5282.999/(157.08×4)=8.408N/mm2。对接焊缝的最大应力8.408N/mm2小于185N/mm2，满足要求!十二、锚固段与楼板连接的计算:1.水平钢梁与楼板压点如果采用螺栓，螺栓粘结力锚固强度计算如下：锚固深度计算公式:h≥N/πd[fb]其中N--锚固力，即作用于楼板螺栓的轴向拉力，N=0.113kN；d--楼板螺栓的直径，d=12mm；[fb]--楼板螺栓与混凝土的容许粘接强度，计算中取1.27N/mm2；[f]--钢材强度设计值,取215N/mm2；h--楼板螺栓在混凝土楼板内的锚固深度，经过计算得到h要大于113/(3.142×12×1.27)=2.36mm。螺栓所能承受的最大拉力F=1/4×3.14×122×215×10-3=24.3kN螺栓的轴向拉力N=0.113kN小于螺栓所能承受的最大拉力F=24.304kN，满足要求！2.水平钢梁与楼板压点如果采用螺栓，混凝土局部承压计算如下：混凝土局部承压的螺栓拉力要满足公式:N≤(b2-πd2/4)fcc其中N--锚固力，即作用于楼板螺栓的轴向压力，N=0.041kN；d--楼板螺栓的直径，d=12mm；b--楼板内的螺栓锚板边长，b=5×d=60mm；fcc--混凝土的局部挤压强度设计值，计算中取0.95fc=11.9N/mm2；(b2-πd2/4)fcc=(602-3.142×122/4)×11.9/1000=41.494kN>N=0.041kN经过计算得到公式右边等于41.49kN，大于锚固力N=0.04kN，楼板混凝土局部承压计算满足要求!十三、脚手架配件数量匡算:扣件式钢管脚手架的杆件配备数量需要一定的富余量，以适应构架时变化需要，因此按匡算方式来计算；根据脚手架立杆数量按以下公式进行计算：L=1.1·H·(n+la/h·n-la/h)N1=1.1·(H/h+2)·nN2=2.2·(H/h+1)·2·nN3=L/liN4=0.3·L/liS=2.2·(n-1)·la·lbL--长杆总长度(m)；N1--小横杆数(根)；N2--直角扣件数(个)；N3--对接扣件数(个)；N4--旋转扣件数(个)；S--脚手板面积(m2)；n--立杆总数(根)n=101；H--搭设高度(m)H=17.5；h--步距(m)h=1.8；la--立杆纵距(m)la=1.5；li--长杆平均长度；m--大/小横杆搭设根数；K--脚手板铺设层数；c--脚手架搭设总长度；lb--立杆横距(m)lb=1.05；Hs--双立杆计算高度；长杆总长度(m)L=1.1×17.50×(101+1.50×101/1.80-1.50/1.80)=3548.42；小横杆数(根)N1=1.1×(17.50/1.80+2)×101=1303；直角扣件数(个)N2=2.2×(17.50/1.80+1)×2×101=4765；对接扣件数(个)N3=3548.42/6.00=592；旋转扣件数(个)N4=0.3×3548.42/6.00=178；脚手板面积(m2)S=2.2×(101-1)×1.50×1.05=346.50。根据以上公式计算得长杆总长3548.417m；小横杆1303根；直角扣件4765个；对接扣件592个；旋转扣件178个；脚手板346.5m2。基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联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