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MIDAS例题-使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析


使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析

目 录
悬臂法的施工顺序和施工阶段分析 设定建模环境 定义截面及材料 结构建模
建立预应力箱型梁模型 / 10 建立桥墩模型 / 15 建立结构群 / 16 定义边界群以及输入边界条件 / 20 建立荷载群 / 23

1 3 4 9

定义并建立施工阶段
定义施工阶段 / 25 建立施工阶段 / 30 输入荷载 / 33

25

使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析

悬臂法的施工顺序和施工阶段分析
本用户指南将使用“使用建模助手做悬臂法桥梁施工阶段分析”中的例题,学习 掌握使用一般建模功能做施工阶段分析的步骤。 悬臂法(FCM)的施工顺序一般如下: 同时进行 施工下部工程 制作及拼装挂篮

分阶段施工下部工程

架设零号块的临设并设置临时固结措施

在零号块上布置挂篮 拼装模板,布置钢筋和钢材(需七天) 混凝土的浇筑及养护、张拉钢束(需五天) 移动挂篮到下一个桥梁段 施工完第一中间跨,移动挂篮

施工边跨(FSM工法) 施工合龙段(Key Seg.) 布置永久支座,张拉下部钢束 施工桥面 收 尾 ※ 本 例题为三跨连续梁使用了4台挂篮(F/T),因此不必移动挂篮。 悬臂法施工阶段分析应该正确反应上面的施工顺序。施工阶段分析中各施工阶段 的定义,在MIDAS/CIVIL MIDAS/CIVIL里是通过激活和钝化结构群、边界群以及荷载群来实现的。 MIDAS/CIVIL 下面将MIDAS/CIVIL MIDAS/CIVIL中悬臂法桥梁施工阶段分析的步骤整理如下。 MIDAS/CIVIL 1. 定义材料和截面 2. 建立结构模型 3. 定义并构建结构群 4. 定义并构建边界群 5. 定义荷载群 6. 输入荷载 1 悬臂法桥梁

高级应用例题

7. 布置预应力钢束 8. 张拉预应力钢束 9. 定义时间依存性材料特性值并连接 10. 运行 11. 确认分析结果

在“使用建模助手做悬臂法桥梁施工阶段分析”里使用悬臂法桥梁建模助手完成 了上述2?8步骤。在本使用指南中,我们将使用一般功能完成上述施工阶段分析的1?8 步骤。步骤9?11的方法与“使用建模助手做悬臂法桥梁施工阶段分析”相同,在本使 用指南章节中将不赘述。

2

使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析

设定建模环境
为了做悬臂法桥梁的施工阶段分析首先打开新项目( 字保存(

新项目)以‘FCM.mcb’名 ‘FCM.mcb’

保存)文件。

然后将单位体系设置为‘tonf tonf’和‘m’。该单位体系可以根据输入的数据类型 tonf m 随时随意地更换。

文件 / 文件 /

新项目 保存 ( FCM )

单位体系也可以 在程 序窗口下端 的状 态条 中的单位选 择按 中选择修改。 钮( )中选择修改。

工具 / 单位体系 长度 > m ; 力 > tonf ?

图1 设定单位体系

3

高级应用例题

定义截面及材料
定义预应力箱型梁、桥墩、钢束的材料。 模型 / 特性值 /

材料
规范 > KS-Civil(RC) KS-

类型 > 混凝土 ; 数据库 > C400 ? 类型 > 混凝土 ; 数据库 > C270 ? 名称 (钢束) ; 钢束) 分析数据

规范 > KS-Civil(RC) KS-

类型 > 由用户定义

;

规范 > None None

弹性模量 (2.0e7) 线膨胀系数 (1.0e-5) ? (1.0e-

图2 定义材料特性对话框

4

使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析

将桥墩截面定义为用户类型后定义预应力箱型梁截面。使用变截面群功能将变截 面区段定义为群,用户输入两端部的截面后程序会自动生成内部截面。因此用户不需 要按桥梁段输入预应力箱型桥梁截面,只需使用变截面群 功能输入支座处和跨中截 面,程序自动会计算出整个桥梁的截面变化。 首先定义桥墩截面。 模型 / 特性值 / 截面号 (1) ;

截面
名称 (桥墩) 桥墩) 用户 > H (1.8), B(8.1) ? (8.1)

数据库/ 数据库/用户 表单 截面形状 > 实心矩形 ;

图3 定义截面特性对话框

5

高级应用例题

参照图4定义跨中预应力箱型梁截面。 模型 / 特性值 / 箱型梁表单 截面号 (2) ; 名称 (跨中) 跨中) ; 查看选项 > 截面大样 截面类型 > 单箱单室
考虑桥梁截面为 变截 面 , 定义偏 心为 中央中央-顶可以正确反应 预应 力箱型桥梁 截面 的变化。 的变化。

截面

变截面点 开/关 > JO1 (开) 偏心 > 中央-上部 中央外轮廓表单

HO1 (0.25) ; HO2 (0.35)
内轮廓表单

;

HO3 (2.1) BO3 (3.55) JI5 (开)

BO1 (2.8) ; BO1-1 (1.05) ; 变截面点 开/关 > JO1 (开),

JI1 (开),

HI1 (0.275) ; HI2 (0.325) ; HI4 (0.25) ; HI5 (0.26) BI1 (3.1) BI3 (3.1)
在查看选项中选 择实 际截面可以 观察 实际输入的截面形 状。

HI3 (1.59)

;

BI1-1 (1.35)

; BI3-1 (1.85) ?

查看选项 > 实际截面

1.050

1.750

450

1.750

1.350

250 350

2.100

3.100

1.590 260 250

1.050

1.750 2.800

450 1.250

1.850

3.550

325 275

图4 定义跨中截面

6

使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析

参照图5定义支座位置预应力箱型梁截面。 模型 / 特性值 / 箱型梁表单 截面号 (3) ; 名称 (支座) 支座) 查看 > 截面大样 截面类型 > 单箱单室 ; 偏心 > 中央-上部 中央外轮廓表单

截面

变截面点 开/关 > JO1 (开)

HO1 (0.25) ; HO2 (0.35)
内轮廓表单

;

HO3 (6.4) BO3 (3.55) JI5 (开)

BO1 (2.8) ; BO1-1 (1.05) ; 变截面点 开/关 > JO1 (开),

JI1 (开),

HI1 (0.275) ; HI2 (0.325) ; HI4 (0.25) ; HI5 (0.85) BI1 (3.1) BI3 (3.1) ; BI1-1 (1.35) ; BI3-1 (1.85) ?

HI3 (5.3)

1.050

1.750

450

1.750

1.350

250 350

6.400

5.300 850 250

3.100

1.050

1.750 2.800

450 1.250

1.850

3.550

325 275

图5 定义支座处截面

7

高级应用例题

为了使 用变截面 类 型生成 变截面群 , 应先定义变截面。 应先定义变截面。

使用输入的截面号分别为2号和3号的预应力箱型梁截面生成变截面类型 变截面类型。 变截面类型 模型 / 特性值 / 变截面表单 截面号 (4) ; 截面-I > 截面-j > 名称 (跨中-支座) 跨中-支座) (跨中) 跨中) (支座) 支座) 截面类型 > PSC-1 Cell ; 变截面点 开/关 > JO1 (开) PSC-

截面

因为制作曲线模 板 非常困 难 , 所以 在 一 个桥梁 段内按直 线 变 化考虑 。 在变截 面 表 单中将 截面变化 定 义 为线性 并将一个 桥 梁段看作一个梁单 元。

截面沿y轴的变化 > 线性 ; 截面沿z轴的变化 > 线性 偏心 > 中央-上部 中央截面号 (5) ; 截面-I > 截面-j > 偏心 > 中央-上部 ? 中央名称 (支座-跨中) 支座-跨中) (支座) 支座) (跨中) 跨中)

截面类型 > PSC-1 Cell ; 变截面点 开/关 > JO1 (开) PSC-

截面沿y轴的变化 > 线性 ; 截面沿z轴的变化 > 线性

图6 变截面的构成

8

使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析

结构建模
使用MIDAS/CIVIL的一般功能建立悬臂法桥梁模型。 为了做施工阶段分析,在定义了施工阶段之后,MIDAS/CIVIL将在两个作业模式 (基本阶段 施工阶段 基本阶段和施工阶段 基本阶段 施工阶段)内运作。 在基本阶段 基本阶段模式中,用户可以输入所有结构模型数据、荷载条件以及边界条件, 基本阶段 但不在此阶段做结构分析。施工阶段 施工阶段模式是能做结构分析的模式。在施工阶段 施工阶段模式 施工阶段 施工阶段 中,除了各施工阶段的边界条件和荷载之外,用户不能编辑修改结构模型。 施工阶段不是由个别的单元、边界条件或荷载组成的,而是将单元群、边界条件 施工阶段 群以及荷载群经过激活和钝化处理后形成的。在施工阶段 施工阶段模式中可以编辑包含于处于 施工阶段 激活状态的边界群、荷载群内的边界条件和荷载条件。 悬臂法桥梁的施工阶段荷载(钢束的预应力、挂篮荷载、桥梁段自重等)条件非常 复杂,所以一般在基本阶段 基本阶段模式中建立结构模型和边界条件,在施工阶段模式 施工阶段模式中输入 基本阶段 施工阶段模式 各施工阶段的荷载。 建模的步骤如下。 1. 建立预应力箱型梁模型 2. 建立桥墩模型 3. 定义时间依存性材料并与材料连接 4. 建立结构群 5. 建立边界群并输入边界条件 6. 建立荷载群

9

高级应用例题

建立预应力箱型梁模型
参照图7建立预应力箱型梁模型。将每个桥梁段看作一个梁单元,以零号块和桥 墩的交点、桥墩和桥墩的中心距离为基准分割单元。满堂支架法区段应考虑下部钢束 的锚固位置分割单元。

85.000 2.000 4 @ 4.250 = 17.000 2.000 12 @ 4.750 = 57.000 4.000 3.000

零号块 ???
12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

合龙段 1 FSM区段 FSM ??

Key Seg 1

桥梁段 1 1 Segment

P1 2.100

130.000 65.000 3.000 4.000 12 @ 4.750 = 57.000 1.000 1.000
C L

65.000 12 @ 4.750 = 57.000 4.000 3.000

零号块 ???
13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13

零号块 ???

Key Seg 2

合龙段 2
P2

P1 2.100

桥梁段 2 Segment 2

桥梁段 22 Segment
2.100 85.000

3.000 4.000

12 @ 4.750 = 57.000

2.000

4 @ 4.250 = 17.000

2.000

零号块 ???
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Key Seg 3

合龙段 3
P2 2.100

桥梁段 1 1 Segment

FSM区段 FS M ??

图7 桥梁段的划分

10

使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析

首先建立节点后使用

扩展单元 功能建立预应力箱型梁右班跨模型。

正面, 自动对齐 (开), 捕捉点栅格 (关) 捕捉点栅格 捕捉轴网 捕捉轴网 (关), 捕捉节点 (开), 捕捉单元 (开) 模型 / 节点 / 建立节点
坐标 (x, y, z) ( 0, 0, 0 ) ? 模型 / 单元 /

扩展单元

全选
扩展类型 > 节点 → 线单元 单元类型 > 梁单元 截面 > 2: 跨中 ; ; 材料 > 1: C400 轴 > x 生成类型 > 移动和复制

间距类型 > 不等间距 ;

间距 ( 2@1, 4@4.25, 2@1, 12@4.75, 4, 2@0.9, 2@1.2, 2@1, 2@0.9, 4, 12@4.75, 1 ) ?

图8 生成右半跨梁单元

11

高级应用例题

使用

镜像 功能将生成的右半跨梁单元对称复制。为了将对称复制的左侧的

梁单元的坐标轴与右侧梁单元的坐标轴一致,选择反转单元坐标轴 反转单元坐标轴选项。 反转单元坐标轴 模型 / 单元 /

镜像
对称平面 > y-z平面x轴位置 : ( 150 )

全选
模型 > 复制 ; 反转单元坐标轴 (开) ?

(150)

图9 对称复制梁单元

12

使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析

使用

选择属性选择属性- 单元 功能和工作树形菜单 功能修改变截面区段和零号块梁

单元截面。考虑到合龙段的支模一般将与合龙段连接的桥梁段12设计为等截面,所以 将桥梁段1?11和零号块端部单元的截面修改为变截面 变截面。由跨中向支座变化的截面修改 变截面 为跨中-支座截面,由支座向跨中变化的截面修改为支座-跨中截面,零号块截面修改 跨中-支座 支座-跨中 跨中 支座 为支座 支座截面。 支座

树形菜单 > 工作表单

选择属性选择属性-单元 ( 10 to 21, 69 to 80 )
工作 > 特性值 > 截面 > 4: 跨中-支座 拖放 跨中-

Entterrr 键 En te 键 En e 键

选择属性选择属性-单元 ( 28 to 39, 51 to 62 ) 工作 > 特性值 > 截面 > 5: 支座-跨中 拖放 支座选择属性选择属性-单元 ( 22 to 27, 63 to 68 ) 工作 > 特性值 > 截面 > 3: 支座 拖放

Entterrr 键 En te 键 En e 键

Entterrr 键 En te 键 En e 键

D

拖 放

D

图10 修改截面

13

高级应用例题

指定变截面群 时 , 程序 将根据两 端 部 的截面 自动计算 出 内 部变截 面的截面 特 性。

使用

变截面群功能将变截面区段的梁单元指定为变截面群。 变截面群
单元列表 ( 10 to 21 ) 距离 ( 0 )

模型 / 特性值 /

群名称 (1stspan) ;

截面形状变化 > z-轴 > 多项式 ( 2.0) 对称平面 > 从 > i ;
因为截面高度以 二 次抛物 线方程形 状 变 化 , 所 以选择多 项 式并输入2.0 2.0。 式并输入2.0。 在变截面群中 , 使 用抛物 线上的两 点 和 对称平 面的位置 来 决定二次抛物线方 桥梁段12 12的 程 。桥梁段12 的j端是 二次抛物线的对称 面 , 所以 选择变截 面 群的i 群的i 端并且将距离输 入为0( 0(零 入为0(零)。

群名称 (2ndspan1) ; 单元列表 ( 28 to 39 ) 截面形状变化 > z-轴 > 多项式 ( 2.0) 对称平面 > 从 > j ; 距离 ( 0 ) 群名称 (2ndspan2) ; 单元列表 ( 69 to 80 ) 截面形状变化 > z-轴 > 多项式 ( 2.0) 对称平面 > 从 > i ; 距离 ( 0 ) 群名称 (3rdspan) ; 单元列表 ( 51 to 62 ) 截面形状变化 > z-轴 > 多项式 ( 2.0) 对称平面 > 从 > j ; 距离 ( 0 )

标准,

消隐 (开)

图11 指定变截面群

14

使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析

建立桥墩模型
复制预应力箱型梁的节点后使用 0m分割成6等分。

扩展单元功能建立桥墩模型。将桥墩全长4

消隐 (开),
模型 / 节点 /

正面 移动和复制 选择属性选择属性-节点 ( 23, 27, 65, 69 )
间距类型 > 等间距 ;

Entterrr 键 En te 键 En e 键

模型 > 复制 ;
因为预应力箱型 梁 单元截 面是以截 面 上 部中央 为基准建 立 的 模型 , 所以将节 点 沿Z方向复制到-7m (支座处截面总高度) 的位置。 的位置。

dx, dy, dz ( 0, 0, -7 ) 模型 / 单元 /

复制次数 ( 1 ) ?

扩展单元 选择最近建立的单元
材料 > 2: C270

扩展类型 > 节点 → 线单元 单元类型 > 梁单元 ; 截面 > 1: 桥墩 ; 复制间距 > 等间距 dx, dy, dz ( 0, 0, -40/6 ) ; 复制次数 ( 6 ) ? 生成类型 > 移动和复制

图12 生成桥墩

15

高级应用例题

建立结构群
图13是悬臂法桥梁的施工顺序和施工工期的计划表。在施工工序计划表中可以看 出桥墩1和桥墩2有60天的施工时间差,所以当施工合龙段时两侧的桥梁段有60天的材 龄差。 在实际建立施工阶段模型时,按两侧桥墩同时施工经过同样的施工阶段直到施工
使用施工阶段时 间荷 载功能增加 部分 构件 的材龄 。 详 细内 容参 见土木结构 分析 中 的 ‘ 时间依 存分析 > 定义并建立施工阶段’ 定义并建立施工阶段 ’ 章节。 章节。

合龙段之前。在施工合龙段之前将桥墩1的材龄增加60天。 元分别定义为结构群。

因为在施工阶段构件的

安装和拆除是通过结构群的激活和钝化命令来完成的,所以首先应该将同时施工的单

A1

P1
C L O F PI ER
12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

P2
C L O F PI ER
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

A2

18 17 16 15 14 13 FSM PAR T 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 FO O TI G N SEG (12D AY/SEG ) SEG (12D AY/SEG )

KEY-SEG M EN T KEY-SEG M EN T

KEY-SEG M EN T

FSM PAR T

SEG (12D AY/SEG )

SEG (12D AY/SEG )

F/T SETTI G N PI TABLE ER F/T SETTI G N PI TABLE ER

PI ER

PI ER FO O TI G N

图13 施工工序计划表

16

使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析

建立结构群之前先生成结构群。


模型 / 群 / 结构群 / 定义结构群
在序列中输入数 据可 以同时生成 多个 结构群。 结构群。

名称 ( 桥墩 )

; 序列 ( 1to2 )

名称 ( 零号块 ) ; 序列 ( 1to2 ) 名称 ( 桥梁段1 ) ; 序列 ( 1to12 ) 桥梁段1 名称 ( 桥梁段2 ) ; 序列 ( 1to12 ) 桥梁段2 名称 ( 合龙段 ) ; 序列 ( 1to3 ) 名称 ( C ) ; 序列 ( 1to2 )

在树形菜单的群 表 单中可 以查看生 成 的结构群。 的结构群。

图14 生成结构群

17

高级应用例题

使用 结构群。

选择属性选择属性 - 单元 功能和工作树形菜单功能将生成的结构群分配给梁单

元。将定义的结构群钝化后再定义新的结构群,可以通过激活和钝化随时查看定义的

树形菜单 > 群表单

选择属性选择属性-单元 ( 83to103by4 84to104by4 ) 群 > 结构群 > Pier1 拖放 1 选择属性选择属性-单元 ( 85to105by4 86to106by4 ) 群 > 结构群 > Pier2 拖放 2 Enttterrr En e 选择属性21to to28 选择属性-单元 ( 21to28 ) En e 群 > 结构群 > PierTable1 拖放 1 Enttterrr En e En e 选择属性62to to69 选择属性-单元 ( 62to69 ) 群 > 结构群 > PierTable2 拖放 2

Entterrr 键 En te 键 En e 键

Entterrr 键 En te 键 En e 键

拖放

D

图15 建立结构群

18

使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析

其它结构群参照下表分别分配给各单元。

表1 结构群的分配
结构群 P1Seg1 P1Seg2 P1Seg3 P1Seg4 P1Seg5 P1Seg6 P1Seg7 P1Seg8 P1Seg9 P1Seg10 P1Seg11 P1Seg12 P2Seg1 P2Seg2 P2Seg3 单元号 20, 29 19, 30 18, 31 17, 32 16, 33 15, 34 14, 35 13, 36 12, 37 11, 38 10, 39 9, 40 61, 70 60, 71 59, 72 结构群 P2Seg4 P2Seg5 P2Seg6 P2Seg7 P2Seg8 P2Seg9 P2Seg10 P2Seg11 P2Seg12 KeySeg1 KeySeg2 KeySeg3 FSM1 FSM2 单元号 58, 73 57, 74 56, 75 55, 76 54, 77 53, 78 52, 79 51, 80 50, 81 7, 8 41, 82 48, 49 1~6 42~47

19

高级应用例题

定义边界群以及输入边界条件 定义边界群以及输入边界条件
在群树形菜单中 双击 某个群 , 则 该群 将被选择。 将被选择。

建立模型之后,按桥梁段查看结构群(图16的②)。 给建立的模型输入边界条件。在施工阶段分析中,单元、荷载、边界条件等所有 信息都是以群的概念出现,通过激活和钝化群来建立各施工阶段。为了输入边界条件 首先定义边界群。 群表单 (图16的①部分) C 群 > 边界群 > 新建 ( BC )





图16 定义边界群

20

使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析

输入边界条件。将桥墩下端设置为固端,将预应力箱型梁两端设置成沿桥梁方向 的滚动支座。

模型 / 边界条件 / 支撑 边界群名称 > BC

单选 (节点 : 1, 43 )
支撑类型 > Dy (开), Dz (开), Rx (开), Rz (开) ?

窗口选择 (节点 : 108 ? 111 )
支撑类型 > D-All (开), R-All(开) ? All

节点 1

节点 43

节点 108 ~ 111

图17 输入边界条件

21

高级应用例题

为了使桥墩和预应力箱型梁在连接位置有相同的位移,使用弹性连接 连接类型 弹性连接中连接类型 弹性连接 选项中刚性连接 刚性连接将其连接起来。 刚性连接 模型 / 边界条件 / 弹性连接 边界条件群名称 > BC 连接类型 > 刚性连接 复制弹性连接 (开)
选择复制弹性连 接选 项后输入复 制间 距 , 可以同时输 入多 个边界条件。 个边界条件。

坐标轴 > x ; 2节点 ( 84, 23 )

间距 ( 4.2, 125.8, 4.2 )

对齐缩放



节点 23

节点 84

图18 桥墩和主梁的弹性连接

22

使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析

建立荷载群
施工阶段荷载有结构自重、钢束的预应力荷载、挂篮(form traveller)自重、混 凝土湿重(wet concrete)等四种。当激活结构物的自重时,程序将自动考虑已激活的 结构群的自重 。除了自重以外的其它三种荷载在各个施工阶段要分别输入。各施工 阶段的静力荷载如下。 具有初期材龄的处于激活状态单元的自重(Self Self) Self 作用于具有初期材龄的处于激活状态单元上的预应力荷载(PS PS) PS 作用于处于激活状态单元端部上的挂篮荷载(FT FT) FT 在支模和绑扎钢筋结束后,拆模前处于浇筑状态的混凝土湿重(WC WC) WC 考虑了各零号块施工时间差的施工阶段时间荷载(Time Time) Time
施工阶段时间荷 载 功能是 给指定的 单 元 以一定 的材龄 , 从 而 考虑徐 变和干缩 等 影 响的功 能 。 详细 的 内 容参见 用户在线 手 册中“ 册中 “ 工 阶 时 间 章节。 载 ” 章节。

将各荷载工况定义为施工阶段荷载类型。 荷载 / 静力荷载工况 名称 (Self) ; 名称 (PS) 名称 (FT) 名称 (WC) ; ; ; 类型>施工阶段荷载 类型>施工阶段荷载 类型>施工阶段荷载 类型>施工阶段荷载 类型>施工阶段荷载

名称 (Time) ;

图19 定义荷载条件

23

高级应用例题

定义各荷载工况所属的荷载群。


模型 / 群 / 结构群 / 定义荷载群 名称 ( Self ) 名称 ( PS-PierTable ) PS);序列 ( 1to2 ) 名称 ( PS-P1Seg ) ; PS名称 ( PS-P2Seg ) ; PS名称 ( PS-KeySeg ) ; PS名称 ( FT-P1Seg ) ; FT名称 ( FT-P2Seg ) ; FT名称 ( FT-KeySeg ) ; FT名称 ( WC-P1Seg ) ; WC名称 ( WC-P2Seg ) ; WC名称 ( WC-KeySeg ) ; WC-KeySeg 名称 ( TimeLoad ) 序列 ( 1to12 ) 序列 ( 1to12 ) 序列 ( 1to3 ) 序列 ( 1to11 ) 序列 ( 1to11 ) 序列 ( 1to3 ) 序列 ( 1to12 ) 序列 ( 1to12 ) 序列 ( 1to3 )

名称 ( FT-PierTable ) FT);序列 ( 1to2 )

在树形菜单的群 表单 中可以查看 荷载 群。

图20 定义荷载群

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使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析

定义并建立施工阶段
定义施工阶段
在本用户指南中,悬臂法桥梁施工阶段分为桥墩和零号块的施工、桥梁段1?12的 施工、合龙段1?3的施工等16个施工阶段(参见图21)。按施工阶段施工各桥梁段后, 再按桥梁支座→跨中顺序施工合龙段,即可完成整个桥梁的施工。另外,因为例题中
除了刚构式悬臂 法桥 梁以外 , 还 有内 部支 撑点为铰支 的桥 梁形 式以及在桥 墩和 零号 块之间设置 支座 的悬臂法桥梁形式。 的悬臂法桥梁形式。

的桥梁为刚构式悬臂法桥梁,所以各施工阶段的边界条件没有发生变化。

F O R M TR A VELLE R 挂篮

"Stag 1" ??? ?? ? F/T ?? ‘阶段1’e 施工零号块以及设置挂篮

‘阶段2~13’ 施工桥梁段1~12 "Stag e 2~ 13" ???? 1~ 12 ??

"S tag e 14" K ey S eg. 1 ?? ‘阶段14’ 施工并完成合龙段1

‘阶段15’ 施工并完成合龙段3 "S tag e 15" K ey S eg. 3 ??

‘阶段16’ 施工并完成合龙段2 "S tag e 16" K ey S eg. 2 ??

图21 施工顺序图

悬臂法桥梁施工阶段分析中结构群 边界群 结构群和边界群 荷载群是比较简 结构群 边界群的激活和钝化相对于荷载群 荷载群 单的,荷载群 结构群 荷载群在结构群 荷载群 结构群被激活时既要激活预应力荷载群和挂篮荷载群,又要激活混凝 土湿重荷载群(参见图22)。

25

高级应用例题

???? N ? fi rst 施工阶段N的第一天 d ay
e

施工阶段N的添加步骤(第7天) (7th d ay) ???? N ? ad di o nal step ti
????? 挂篮荷载
e

混凝土湿重 ?? ?? ????? ??

?? 5? 5天材龄

12天材龄 ?? 12?

图22 加载施工阶段N的荷载 如图22中,在同一施工阶段中荷载加载时间不同时,可以使用添加步骤功能将荷 载分步骤激活。 将挂篮前移、支模以及绑扎钢筋、铺设钢束孔道等所需时间假设为7 天,将混凝土养生时间假设为5天,在各施工阶段中定义1个添加步骤。各施工阶段开 始阶段被激活的桥梁段具有5天材龄并承受预应力荷载和挂篮荷载。
A1 P1
C L O F PI ER
12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

P2
C L O F PI ER
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

A2

18 17 16 15 14 13 FSM PAR T 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 FO O TI G N SEG (12D AY/SEG ) SEG (12D AY/SEG )

KEY-SEG M EN T KEY-SEG M EN T

KEY-SEG M EN T

FSM PAR T

SEG (12D AY/SEG )

SEG (12D AY/SEG )

F/T SETTI G N PI TABLE ER F/T SETTI G N PI TABLE ER

PI ER

PI ER FO O TI G N

图23 施工工序计划表

在图21的施工顺序图中,两个桥墩的桥梁段看起来是同时施工,但是在图23的施 工工序计划表中可以看出桥墩1的桥梁段比桥墩2的桥梁段提前施工60天。两个桥墩的 悬臂桥梁段如果有施工时间差,即混凝土的材龄有差异的话,其徐变、干缩和预应力 损失量也将不同。另外,因为60天的时间差异,两个桥墩的悬臂梁的挠度也将产生差 异。为了最大限度地降低中央合龙段完工时产生的残留应力,必须正确预测两个桥墩 悬臂梁的挠度。所以做施工阶段分析时,必须考虑两个桥墩的材龄差异。

施工阶段时间荷载功能,可以用来考虑施工时间差的影响。施工阶段时间荷载功
能是赋予指定单元以一定的时间经历(材龄),从而考虑施工时间差的影响的方法。使 用施工阶段时间荷载的施工阶段的建立步骤如下。 1. 假设同时施工两个桥墩的零号块和桥梁段1?12。 2. 加载合龙段混凝土湿重(即,将WC-KeySeg1加载在桥墩1的左侧悬臂梁上,将W

26

使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析

C-KeySeg3加载在右侧桥墩的右侧悬臂梁上)。 3. 定义施工持续时间为零的施工阶段,将KeySeg1和FSM1激活后,在该施工阶段 的最后1天(Last Day)上给桥墩1侧的单元和FSM1区段施加时间荷载(60天)。 4. 激活KeySeg3和FSM3,加载合龙段(Key Seg2)的湿重。 5. 定义下一阶段并激活合龙段2(KeySeg2)。
?? ?? Key Seg. 3? ?? ?? 1, 加载合龙段1、3的湿重

拆除桥墩1的挂篮荷载,加载时间荷载 ?? 1 ????? F/T ??, ???? ??
???? 60?

60天时间荷载

?? 2 ????? F/T ?? 拆除桥墩2的挂篮荷载

?? ?? Key Seg. ?? ?? 2? 加载合龙段2的湿重

图24 使用施工阶段时间荷载考虑材龄差

27

高级应用例题

将上述施工顺序与各施工阶段结构群、荷载群、边界群的激活和钝化连接起来, 详细的步骤如下。 1. 施工阶段1

? ? ? ?

激活桥墩、零号块结构群 激活边界群 第1天: 激活预应力荷载、挂篮荷载、自重 第7天: 激活混凝土湿重(桥梁段1)

2. 施工阶段2

? 激活桥梁段1 ? 第1天: 钝化施工阶段1的挂篮荷载和混凝土湿重,激活挂篮荷载和预应
力荷载

? 第7天: 激活混凝土湿重(桥梁段2)
3. 施工阶段3?12: 重复施工阶段2的步骤 4. 施工阶段13

? 激活桥梁段12 ? 第1天: 钝化施工阶段12的挂篮荷载和混凝土湿重,激活挂篮荷载和预应
力荷载

? 第20天: 激活混凝土湿重(合龙段1、3)
5. 施工阶段14

? 激活合龙段1和满堂支架法区段1(FSM 1)? ??? ? 第1天: 钝化桥墩1的挂篮荷载和合龙段1的混凝土湿重,激活预应力荷载 ? 最后1天: 激活桥墩1侧的单元和满塘支架法区段(FSM1)的时间荷载
6. 施工阶段15

? 激活合龙段3和FSM3 ? 第一天: 钝化合龙段3的混凝土湿重,激活预应力、合龙段2的混凝土湿
重 7. 施工阶段16

? 激活合龙段2 ? 第1天: 钝化挂篮荷载和混凝土湿重,激活预应力荷载
8. 施工阶段17

? 第1天: 激活二期恒载

在建立施工阶段之前首先要定义施工阶段。在施工工序计划表中,计划合龙段的 施工时间为30天,所以将施工阶段CS13、15的持续时间定义为30天。假设合龙段的初 期材龄为10天,则将30-10=20天定义为一个添加步骤 添加步骤。在施工阶段CS17上施加二期恒 添加步骤 载,为了考虑长期荷载引起的徐变和干缩效果,将CS17的持续时间定义为10000天。 荷载 / 施工阶段分析数据 / 名称 ( CS ) ;

定义施工阶段
持续时间 ( 12 )

序列 ( 1 to 12 ) ;

添加步骤 > Day ( 7 ) 保存结果 > 施工阶段 (开) 名称 ( CS13 ) ; ; 添加步骤 (开) ? 持续时间 ( 30 )

序列 ( ) ;

28

使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析

添加步骤 > 名称 ( CS14 ) ; 添加步骤 > 名称 ( CS15 ) ;

;

时间 ( 20 ) 持续时间 ( 0 )

?

序列 ( ) ; ? 序列 ( ) ;

持续时间 ( 30 ) ? 持续时间 ( 0 )

添加步骤 >Day ( 20 ) 名称 ( CS16 ) ; 添加步骤 > 名称 ( CS17 ) ; 添加步骤 > 序列 ( ) ; ? 序列 ( ) ; ?

持续时间 ( 10000 )

图25 定义施工阶段

29

高级应用例题

建立施工阶段
建立施工阶段 时 , 假设桥墩的 初期 材 龄 为 1 00 天 , 零 号 块的初期材龄为15 天。

参照前面所述的施工阶段顺序建立施工阶段CS1。 荷载 / 施工阶段分析数据 / 名称 > CS1 名称 ( CS1 ) ; 单元表单 群列表 > 桥墩1, 桥墩2 群列表 > 零号块1, 零号块2 零号块1, 零号块2 激活 > 材龄 ( 15 ) 边界表单 群列表 > BC 激活 > 支撑位置 > 变形前 (开) 荷载表单 群列表 > Self, PS-PierTable1, PS-PierTable2 PSPSFTFTFT-PierTable1, FT-PierTable2 激活 > 激活时期 > 第1天 群列表 > WC-P1Seg1, WC-P2Seg1 WCWC激活 > 激活时期 > 7 ? ; 激活 > 材龄 ( 100 ) 持续时间 ( 12 )

定义施工阶段

图26 建立施工阶段1

30

使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析

重复上述过程,按顺序建立施工阶段。 象定义施工阶段这样需要反复输入的作业,可以使用MCT命令窗口功能很方便完 MCT命令窗口 成。下面介绍一下在MCT命令窗口中输入施工阶段信息的方法。 MCT命令窗口 MCT命令窗口 工具>MCT命令窗口 MCT命令窗口 命令或数据 (*STAGE) (*STAGE)

图27 MCT命令窗口 如图27所示,施工阶段的信息共包括8类,每类信息的输入内容如下。 NAME : 输入施工阶段名称、施工持续时间、是否保存分析结果(施工阶段,步 骤) STEP : 时间步骤

AELEM : 应激活的结构群和初期材龄 DELEM : 应钝化的结构群和构件内力的重新分配率 ABNDR : 应激活的边界群和激活的位置 DBNDR : 应钝化的边界群 ALOAD : 应激活的荷载群和时间步骤 DLOAD : 应钝化的荷载群和时间步骤

31

高级应用例题

根据上述过程输入施工阶段2的信息。 *STAGE NAME=CS2, 12, YES, NO STEP=7 AELEM=P1Seg1, 5, P2Seg1, 5 ALOAD=FT-P1Seg1, FIRST, FT-P2Seg1, FIRST, PS-P1Seg1, FIRST PS-P2Seg1, FIRST, WC-P1Seg2, 7, WC-P2Seg2, 7 DLOAD=WC-P1Seg1, FIRST, WC-P2Seg1, FIRST FT-PierTable1, FIRST, FT-PierTable2, FIRST 输入完后点击 2。 ,在信息窗口上将显示下列信息,并建立了施工阶段

使用上述方法可以方便地建立施工阶段。

32

使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析

输入荷载
输入各施工阶段的荷载。施工阶段荷载包括挂篮、混凝土湿重、结构自重、预应 力荷载、时间荷载等。按下列顺序输入施工荷载。

1. 结构自重 2. 挂篮荷载 3. 混凝土湿重 4. 预应力荷载 5. 时间荷载

首先输入结构自重。定义结构物自重以后,将其施加在施工阶段CS1,其它施工 阶段的结构自重将由程序自动加载。 荷载 / 自重 荷载工况名称 > Self 荷载群名称 > Self 自重系数 > Z (-1)

33

高级应用例题

输入施工阶段挂篮荷载。挂篮荷载的位置在悬臂梁端部,大小为-80tonf的垂直 荷载和200tonf-m的y方向弯矩荷载。 因为在施工阶段模式中,只有该施工阶段的结构群、荷载群、边界群被激活,所 以可以很方便地输入荷载。在施工阶段工具条中转换施工阶段,输入各施工阶段的荷 载。

施工阶段 > CS1

标准
荷载 / 节点荷载

单选 ( 节点: 21 )
荷载工况名称 > FT ; 荷载群名称 > FT-PierTable1 FTMY ( -200 ) 选项 > 添加 ; FZ ( -80 ) ),

单选 ( 节点: 29 )
荷载工况名称 > FT ; 荷载群名称>FT-PierTable1 FTFT 选项>添加 ; FZ ( -80 ) MY ( 200 ) 添加 ),

单选 ( 节点: 71 )
荷载工况名称 > FT ; 荷载群名称 > FT-PierTable2 FT选项 > 添加 ; FZ ( -80 ) ), MY ( -200 )

单选 ( 节点: 63 )
荷载工况名称 > FT ; 荷载群名称 > FT-PierTable2 FTMY ( 200 ) 选项 > 添加 ; FZ ( -80 ) ),

34

使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析

使用MCT命令窗 口 可以更 方便地输 入 施 工阶段 荷载 。 节 点 荷载的MCT MCT命令为 荷载的MCT 命令为 “* CONLOAD” CONLOAD ”。详细内容 参 见用户 在线手册 附 录中的“MCT命令快速 录中的 “MCT 命令快速 索引”章节。 索引”章节。

与上述相同的方法转换施工阶段输入各施工阶段挂篮荷载。



63



29



71



21

图28 输入挂篮荷载

35

高级应用例题 使用材料表功能 可以 方便地得到 各构 件的 长度 、 表面 积 、 重量 等 , 详细的 内容 参见用户在线手册的 “ CIVIL 的功能 > 工具 材料表’章节。 >材料表’章节。

输入完挂篮荷载后输入混凝土湿重。混凝土湿重可以使用材料表功能计算。使用

材料表

功能计算构件的重量之前,首先将变截面群中的截面转换为各个变截面类 转换生成101?112截面。

型。如图29,通过变截面类型 施工阶段 > 基本

因为变截面群输 出的 是群整体重 量 , 所以 要转换为各 构件 的变截面。 的变截面。

模型 / 特性值 / 名称 > 1stspan

变截面群
?

新开始截面号 ( 101 ) 模型 / 特性值 /

截面

因为只能在基本 模式 中修改截面 , 所 以首 先要转换为 基本 模式。 模式。

在分解了变截面 群之 后 , 指定新 生成 截面的截面号。 截面的截面号。

图29 转换为变截面类型

36

使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析

使用材料表功能求各桥梁段的重量。图30中的101?111截面为实际桥梁段11?1,1 12号截面为零号块变截面。可以查看各截面的长度、表面积、重量。 工具 / 材料表 选择输出材料表 > 梁-桁架单元材料表类型1 (开) 桁架单元材料表类型1 ?

图30 材料表

37

高级应用例题

使用MCT命令窗 口功 能输入混凝 土湿 MCT命令中节点荷 重 。MCT命令中节点荷 载为“*CONLOAD” 载为“*CONLOAD”。

输入混凝土湿重。各施工阶段混凝土湿重的加载位置为悬臂梁端部,大小为垂直 方向的桥梁段湿重和按偏心距离为2.5m计算的y方向弯矩。 施工阶段 > CS1 荷载 / 节点荷载

单选 ( 节点: 21 )
荷载工况名称 > WC ; 荷载群名称 > WC-P1Seg1 WC选项>添加 ; FZ ( -173.0 ) MY ( -173.0*2.5 ) 添加 ),

单选 ( 节点: 29 )
荷载工况名称 > WC ; 荷载群名称 > WC-P1Seg1 WC选项 > 添加 ; FZ ( -173.0 ) MY ( 173.0*2.5 ) ),

单选 ( 节点: 71 )
荷载工况名称 > WC ; 荷载群名称 > WC-P2Seg1 WC选项 > 添加 ; FZ ( -173.0 ) MY ( -173.0*2.5 ) ),

单选 ( 节点: 63 )
荷载工况名称 > WC ; 荷载群名称 > WC-P2Seg1 WC选项 > 添加 ; FZ ( -173.0 ) MY ( 173.0*2.5 ) ),

节 节 节

63

29



71

21

图31 输入混凝土湿重 输入预应力荷载。用户输入钢束的开始点、反弯点和结束点后,程序将自动计算 出最佳的曲线生成钢束布置形状文件。钢束的输入是以假设的x轴为基准,将已定义 的三维曲线设置在任意的坐标上。在输入钢束坐标之前先定义上下部钢束的特性值。 施工阶段 > 基本 荷载/ 预应力荷载 / 钢束特性值 钢束名称 ( TOP ) ; 材料 > 3: 钢束 钢束总面积 (0.0026353) 或 钢束面积 > 15.2mm(0.6") 15.2mm(0.6" (0.6 钢束面积数量 (19) ?
计算预应力钢束 的预应力松弛损失 38 时 , 一般使用 Magura 公式 。 松弛系数 是包 含在 公式中的反 应钢 束品 种松弛特性 的常 数 。 对一般钢束 常数

钢束类型>内部 内部

使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析

孔道直径 (0.103) ;

松弛系数 (45 45) 45

钢束与孔道壁的摩擦系数 (0.2) 孔道每米长度局部偏差的摩擦系数 (0.001) 极限强度 (190000) ; 屈服强度 (160000) 荷载类型 > 后张 锚具变形及钢筋回缩值 > 始点 (0.006) ; 钢束名称 ( BOTTOM ) ; 材料 > 3: 钢束 钢束总面积 (0.0026353) 钢束类型 > 内部 终点 (0.006) ?


钢束面积 > 15.2mm(0.6") 15.2mm(0.6" (0.6 钢束面积数量 (19) ? 孔道直径 (0.103) ; (0.103) 松弛系数 (45 45) 45 钢束与孔道壁的摩擦系数 (0.3) 孔道每米长度局部偏差的摩擦系数 (0.0066) 极限强度 (190000) ; 屈服强度 (160000) 荷载类型 > 后张 锚具变形及钢筋回缩值 > 始点 (0.006) ; 终点 (0.006) ?

39

高级应用例题

图32 输入钢束特性
φ - 19 6?
???? 一端张拉

C L
???? 两端张拉

顶 板 束 ?????

150.000 19.000 2.000 12 @ 4.750 = 57.000 7.000 7.000 12 @ 4.750 = 57.000 1.000

FSM 区段

FS M ??

合龙段 K ey S eg
12 11 10 9 8

FCM 区段
7 6 5 4 3 2 1

F C M ??

零号块
1 2 3 4

???

F C M ?? FCM 区段
5 6 7 8 9 10

合龙段 K ey S eg
11 12

φ - 19 6?
一端张拉 ????

P1

φ - 19 6?
???? 一端张拉 ???? 两端张拉

?底 ??? ?板 束
图33 钢束布置简图

40

使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析

图34 边跨预应力钢束的布置

图35 中间跨预应力钢束的布置

41

高级应用例题

因为预应力箱型 梁截面是以中央梁截面是以中央- 顶为 基准 输入的 , 所 以钢 束布 置形状的基 准点 是预 应力箱型截 面的 顶部中央。 顶部中央。

参照图33?35输入零号块1的第一根钢束。


C 群 > 结构群 > 零号块1 > 激活 钢束名称 (P1TC1R) ; 钢束特性值>顶板束 顶板束 终点 (0) 荷载 / 预应力荷载 / 钢束布置

全选 或分配单元 (21to28)
钢束端部直线长度 > 始点 (0) ; 布置形状
选择fix开关为 开时 , 该点处的 倾斜 度按 输入的值计 算 ; 选择 为关时 , 该 点处 的倾斜度为任意值。 的倾斜度为任意值。

1>x ( 0 ), y ( 0 ), z ( -0.3 ), fix (关) 2>x ( 2 ), y ( 0 ), z ( -0.15 ),fix (开), Ry ( 0 ), Rz ( 0 ) fix 3>x ( 12 ),y ( 0 ), z ( -0.15 ),fix (开), Ry ( 0 ), Rz ( 0 ) fix 4>x ( 14 ),y ( 0 ), z ( -0.3 ), fix (关) 钢束形状 > 直线 钢束插入点 ( 78, -3.09, 0 ) 假想X轴方向 > X ?

钢束插入点的坐 标值 的输入 , 可 以使 用鼠标选择节点 21 , 然后在对话框中修改Y 然后在对话框中修改Y 坐标 为预应力箱 型梁 中心到钢束的Y 中心到钢束的Y方向距 离。

节点 21

图36 定义钢束的布置

42

使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析

复制已定义的钢束P1TC1R,定义在纵向断面上处于相同位置的钢束的布置。 名称 > P1TC1R 名称 > P1TC1R-Copy 钢束名称 (P1TC2R) 钢束插入点 ( 78, -3.74, 0 ) ?

图37 复制钢束布置
使用MCT命令窗 口 可以更 方便地输 入 钢 束的布 置 。 关于 钢 束 布 置 的 MCT 命 令 为 *TDN-PROFILE” “*TDN-PROFILE”。

按上述方法定义各钢束的布置。

43

高级应用例题

定义完钢束的布置后,在各施工阶段给钢束施加预应力。 施工阶段 > CS1 荷载 / 预应力荷载 / 钢束预应力荷载 荷载工况名称 > PS ; 钢束 > P1TC1L P1TC1R P1TC1L,
选择钢束两端张 拉时 , 首先张拉 的位 置。 指定钢束注浆时 的施 工阶段 。 注 浆前 的应力按净截面计 算 , 注浆后的截 面按 换算 截面计算 。 注浆 选择了1 选择了1,表示在钢束 张拉 后的施工阶 段注 浆。

荷载群名称 > PS-PierTable1 PS-PierTable1 选择的钢束 终点 ( 0 ) 首先张拉 > 始点

预应力值 > 应力 ;

始点 ( 133000 ) ; 注浆 : 每( 1 ) ( )个施工阶段 荷载工况名称 > PS ; 钢束 > P1TC2L P1TC2R P1TC2L, 始点 ( 133000 ) ; 注浆 : 每( 1 ) ( )个施工阶段 荷载工况名称 > PS ; 钢束 > P2TC1L P2TC1R P2TC1L, 始点 (133000 ) ;

荷载群名称 > PS-PierTable1 PS钢束 选择的钢束 终点 ( 0 )

选择的钢束 > P1TC1L P1TC1R P1TC1L,

预应力值 > 应力 ; 首先张拉 > 始点

荷载群名称 > PS-PierTable2 PS钢束 选择的钢束 终点 ( 0 )

选择的钢束 > P1TC2L P1TC2R P1TC2L,

预应力值 > 应力 ; 首先张拉 > 始点 注浆 : 每( 1 ) ( )个施工阶段 荷载工况名称 > PS ; 钢束 >P2TC2L, P2TC2R P2TC2L P2TC2L 始点 (133000 ) ; 荷载群名称 > PS-PierTable2 PS钢束 选择的钢束 终点 ( 0 )

选择的钢束 >P2TC1L P2TC1R P2TC1L, P2TC1L

预应力值 > 应力 ; 首先张拉 > 始点 注浆 : 每( 1 ) ( )个施工阶段

44

使用一般功能做悬臂法桥梁施工阶段分析

图38 施加预应力荷载 按上述方法加载各施工阶段的预应力荷载。
使用MCT命令窗 口 可以更 方便地输 入 预 应力荷 载 。 关于 预 应力荷载的MCT MCT命令为 应力荷载的MCT 命令为 *TDN-PRESTRESS” “*TDN-PRESTRESS”

45

高级应用例题

输入体现结构施工时间差的时间荷载。将桥墩1的零号块和桥墩2的零号块以及与 两桥墩连接的悬臂梁的施工时间差(60天)以时间荷载的方式输入。60天时间荷载加载 在施工阶段CS14,所以转换到施工阶段14的模式后再输入时间荷载。 施工阶段 > CS14 荷载 / 施工阶段时间荷载 窗口选择 ( 图39的①部分 ) ① 荷载群名称 > TimeLoad 选项 > 添加 时间荷载 ( 60 ) ?



图39 输入时间荷载

46


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