钢结构的一些思考题及其产生的思考总结Word文档格式.docx

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4、钢材在静荷载作用下，单向应力时，要求截面最大应力不超过屈服点；

复杂应力状态时，要求折算应力δeq不超过fy。

5、理解各种因素对钢材性能的不利影响。

对化学成分要分清有利元素和有害元素，应特别注意碳、硫、磷的影响。

重视应力集中产生的影响，其后果是导致局部产生双向或三向受拉的应力状态，使钢材变脆。

应通过合理的构造措施（如平缓过度）尽量避免应力集中。

6、规范推荐Q235、16Mn、16Mnq、15MnV、15MnVq钢为承重结构钢，理解它们牌号的表示方法，冶金工厂对材质应保证的项目和能附加保证的项目，掌握根据设计结构的具体条件正确选择钢材和提出合理指标要求的方法。

7、掌握钢板和型钢的表示方法

钢结构设计方法

1、影响结构的作用效应有哪些因素？

影响结构抗力有哪些因素？

为什么说这些因素都具有随机性质？

举例说明。

2、说明结构可靠性的定义、结构可靠度的定义、可靠度与可靠性的关系。

3、说明结构失效概率与可靠概率的代表意义及二者的关系。

4、说明可靠指标β与失效概率Pf及结构可靠性之间的关系。

5、解释结构的两类极限状态的意义，写出设计表达式，各符号的代表意义。

6、解释构件或连接为什么会发生疲劳断裂？

7、由疲劳曲线（Δσ~n曲线）可说明什么现象？

1、建筑结构应满足安全性、适用性及耐久性三方面的功能要求。

结构在规定的时间内（设计基准期T为50年），在规定的条件下（正常设计、施工、使用和维护条件）完成上述三方面功能的能力，称为结构的可靠性。

2、结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率，称为结构的可靠度。

结构的可靠度是对结构可靠性的定量描述，一般以失效概率Pf度量结构的可靠性，当Pf小到一定程度即认为设计可靠。

3、可靠指标以β代表，当结构功能函数Z的平均值μz增大或Z的标准差σz减小，均可使β增大，β越大失效概率Pf就越小，说明结构越可靠。

4、《建筑结构设计统一标准》根据建筑结构的安全等级、破坏类型确定了结构设计时采用的可靠指标β值，设计一般工业与民用建筑物中钢结构构件，安全等级属于二级，按延性破坏考虑时，可靠指标采用3.2。

5、结构或构件按两类极限状态计算。

按承载力极限状态设计时，对于基本组合，设计表达式为：

γo（γgCgGk＋γqiCqiQik∑γqiCqiψciQik）≤R（γr,fk,ak…）

如以应力形式表达，以σ代表组合应力，公式为：

γo≤f

计算应力时，对永久荷载的分项系数取1.2；

对可变荷载的分项系数取1.4。

在具体计算时，可以标准荷载乘以分项系数，得到设计荷载，再计算出内力设计值；

亦可按标准荷载计算出内力标准值，再乘以分项系数得到内力设计值。

6、按正常使用极限状态设计时，计算结构或构件的变形公式为：

υ≤[υ]

对结构或构件的变形υ，应按标准荷载计算。

对受弯构件的允许变形[υ]可查表得到。

7、各类钢结构构件或连接，因有类裂纹存在，在连续重复荷载作用下，由于应力集中现象，使裂纹不断扩展，可能发生突然的疲劳破坏。

发生疲劳破坏时，应力幅Δσ越大，致损应力循环次数n越少，应力幅越小，致损应力循环次数愈多。

8、对吊车梁和吊车桁架折算为常幅度疲劳计算，对应力幅按一台吊车满载计算，不计荷载分项系数及动力系数。

对容许应力幅按循环次数为2×

10^6计算。

由可靠度思考各学科关系，或由各学科关系理解可靠度

钢结构连接

1、手工焊条型号应根据什么选择？

钢材Q235和16Mn须分别采用哪种焊条系列？

2、焊接过程中可能产生哪些缺陷？

对钢结构有何影响？

3、焊缝质量如何检查？

如何分级？

4、焊缝代号如何表示？

5、对接焊缝有哪些构造形式？

6、什么叫引弧板？

？

有何优缺点？

7、对接焊缝在哪种情况下才须进行计算？

为什么要采用斜焊缝？

8、角焊缝的焊脚尺寸hf和焊缝计算长度lw有哪些规定？

为什么？

9、角焊缝在各种受力情况下如何进行分析和计算？

10、焊接残余应力和残余变形是如何产生的？

对结构有哪些影响？

应采取什么措施来避免或减少此影响？

11、受剪螺栓有哪几种可能的破坏形式？

如何防止？

12、普通螺栓在各种受力情况下的计算原则？

13、为什么要规定螺栓排列的最大和最小尺寸？

14、普通螺栓与高强螺栓有何不同之处？

15、什么叫高强螺栓的预拉力P？

如何确定？

16、单个高强螺栓受剪和受拉时如何计算？

17、在弯矩M作用下受拉的高强度螺栓群和普通螺栓群的计算有何区别？

1、焊接是钢结构最主要的连接方式，有对接焊缝和角焊缝两种基本形式。

常用的焊接方法有手工焊、自动（或半自动）埋弧焊。

手工焊焊条型号应与主体金属强度相适应。

施焊过程中可能产生裂纹、气孔、烧穿、弧坑等缺陷。

为保证焊缝质量，应根据焊缝等级按各自不同的检验标准进行质量检查。

2、为保证焊缝质量和便于施焊，对接焊缝要求按焊件厚度采用不同形式的坡口，坡口形式有I形、单边V形、V形、U形、K形、X形等。

对于没有采用引弧板的焊缝，计算时焊缝长度要考虑起落弧的影响。

对接焊缝截面上的应力分布与母材相同，强度计算公式也相同，轴力作用下一般采用直缝，强度不足时可采用斜焊缝，当倾斜角度θ≤56°

时，可不进行焊缝强度计算，在弯矩、剪力共同作用下的计算公式也可采用材料力学公式。

3、角焊缝受力复杂，按受力不同分为侧焊缝和端焊缝。

为保证焊接质量，规范对焊脚尺寸hf及焊缝计算长度lw等都作了构造规定。

角焊缝计算以最小焊缝截面为计算截面，且不论抗拉、抗压及抗剪均采用同一强度设计值￡fw。

对角焊缝在轴心力、弯矩、扭矩、剪力及几个力共同作用下的受力进行了分析并推导出不同情况下的计算公式，应熟练掌握。

4、施焊时，由于不均匀的温度场，使杆件产生焊接变形和焊接应力，这对结构在常温、静载作用下的承载力没有影响，但增大了结构的变形，降低了结构的刚度、疲劳强度以及稳定承载力。

从设计和施工方面应采取不同措施减小或消除残余应力和残余变形，如设计上尽量使焊缝对称布置；

施焊时应采用合理的施焊次序等。

5、普通螺栓排列时，规范根据受力、构造和施工三方面的要求规定了容许距离，针对螺栓几种可能的排列形式，提出了不同的防止措施，在确定单个螺栓承载力设计值的基础上，分析了螺栓群在不同荷载作用下的受力和计算方法。

6、高强度螺栓是通过特制扳手拧紧螺帽，使螺杆产生很大的预拉力，将板件压紧。

在外力作用下，板件间产生很大的摩擦力。

摩擦型高强螺栓就是依靠摩擦力传递剪力的。

当剪力等于摩擦力时，连接应定达到极限状态。

掌握其受力性能，传力方式及各种计算方法，并与普通螺栓加以对照理解分析。

受弯构件

1、梁的截面塑性发展系数的意义是什么？

在什么情况下可以采用此系数？

什么情况下不能采用？

2、工字形截面组合梁在跨中有一集中荷载作用时，是否需要验算折算应力强度？

折算应力验算公式中的各项如何计算？

3、影响梁整体稳定性的主要因素有哪些？

如何提高梁的整体稳定性？

4、组合梁翼缘板为什么可能局部失稳？

腹板沿长度方向的各个部位为什么可能局部失稳？

试从板的受力分析说明。

5、试说明型钢梁的设计及验算的内容、方法。

6、试说明焊接组合梁验算的内容、方法。

7、根据腹板高厚比的大小，说明如何配置腹板的加劲肋？

受弯构件是钢结构中主要的基本构件之一，在实际工程中经常采用的钢梁就是受弯构件。

对这种基本构件的受力情况、计算原理、计算方法及构造要求，必须概念明确，计算熟练，对一般的钢梁能够应用公式及附表进行设计，并绘出施工图。

（一）、钢梁的强度计算

按承载能力极限状态要求，对钢梁应首先进行强度计算。

强度计算的内容包括：

抗弯强度计算；

抗剪强度计算；

当梁上承受集中荷载作用时，还应进行局部承压强度计算；

此外，有时还应进行折算应力验算。

1、抗弯强度计算（最重要的基本计算）

对等截面梁，应对最大弯矩所在截面进行计算。

根据最大弯矩计算值及该截面的净截面抵抗计算。

此时，应注意：

对承受静力荷载或间接承受动力荷载的梁，可考虑截面有一定的塑性发展，即考虑截面塑性发展系数γx，γy；

对直接承受动力荷载的梁，则不考虑塑性发展。

对变截面梁的抗弯强度计算，除按最大弯矩所在截面计算外，尚应验算截面改变处的抗弯强度。

2、抗剪强度计算

抗剪强度计算取用材料力学中的基本公式，应理解公式中每个符号代表的意义，并能够正确计算。

对型钢梁，一般可不作抗剪强度计算；

对焊接组合梁，如按抗剪计算要求，计算出的腹板厚度，一般都较小，而为满足腹板局部稳定和构造要求，确定腹板厚度时，梁的剪应力较小，一般也不作抗剪强度验算。

但对变截面梁，由于靠近梁支座附近剪力最大，截面减小，则应验算抗剪强度。

3、局部承压强度计算

当梁的翼缘受有沿腹板平面作用的集中力，且该集中力处梁未设置支承加劲肋时，或梁上有移动集中荷载作用时，进行局部承压强度计算。

例如：

梁的上翼缘有集中荷载作用或梁的支座处有集中的支座反力作用，以及吊车梁上有移动的轮压等。

4、折算应力计算

对组合梁中同时受有较大弯曲应力σ和剪应力τ时，有时还有局部压应力σc的截面应进行折算应力验算。

注意，此时对钢材强度可以适当提高，即考虑增大系数β1。

（二）、钢梁的整体稳定计算

按承载能力极限状态设计要求，还应考虑保证钢梁的稳定性。

这是钢结构与其他结构不同点之一。

因为，钢结构材料强度高，截面尺寸小，厚度薄，容易发生失稳现象，应进行稳定计算。

影响钢梁整体稳定性的主要因素有：

梁受压翼缘侧向支持点间的距离；

梁的截面的侧向抗弯刚度EIy、抗扭刚度GIt等的大小；

梁上荷载的类型、分布情况以及作用点的位置等情况；

此外，梁本身有无初始变形、荷载作用偏心等初始缺陷等。

在梁的设计中，首先应尽可能采取保证整体稳定性的措施，以保证梁的整体稳定，免去对整体稳定的验算，并减少钢材用量。

当需要验算整体稳定性时，应特别注意整体稳定性系数ψb的计算：

对焊接工字形等截面简支梁，按相应公式计算得出；

对轧制普通工字钢简支梁，可由附表直接查出ψb值。

当ψb＞0.6时，梁已进入弹塑性工作阶段，ψb值应降低，按ψb'

计算。

（三）、钢梁的刚度计算

按正常使用极限状态设计要求，对钢梁进行刚度计算，保证梁的正常使用，不产生过大变形。

（四）、钢梁的局部稳定问题

组合梁的局部稳定问题包括翼缘的局部稳定和腹板的局部稳定两个方面。

翼缘板宽厚比或腹板的高厚比过大时，在各种应力的组合作用下可能发生局部失稳的措施及相应的计算。

为保证翼缘的局部稳定，及翼缘截面部分发展塑性，其宽厚比应满足相应要求；

为保证腹板的局部稳定，其宽厚比也应满足相应要求。

当各种应力单独作用时的高厚比限值，且考虑可能同时有其他应力作用，配置加劲肋应符合相应四条规定。

在规定中有的情况可不配置加劲肋；

有的可按构造要求配置横向加劲肋，其间距按a≤2ho；

有的情况则需要按计算配置横向加劲肋或同时配置横向及纵向两种加劲肋。

当需要按计算配置加劲肋时，对加劲肋间距a的计算可采用规范中公式直接计算。

对加劲肋应进行构造设计及必要计算，即满足各项构造要求及相应规范公式的要求。

（五）、梁的构造设计

对梁的设计应考虑到：

梁的截面形式选择、截面沿梁长度方向是否改变、焊接组合梁翼缘与腹板的焊缝计算、梁的拼接以及次梁与主梁的连接等有关的构造问题及相应的计算。

轴心受力构件和拉弯、压弯构件

1、轴心受拉构件按承载能力极限状态和正常使用极限状态设计各包括哪些计算？

2、什么是第一类稳定问题，什么是第二类稳定问题？

它们分别适用于哪类构件的失稳现象？

3、简述残余应力、初弯曲和初偏心对轴心压杆承载力的主要影响？

4、稳定性系数ψ与长细比λ有什么关系？

与截面类别有什么关系？

5、简述在不改变截面面积和钢号的情况下，可以通过哪些途径提高实腹式轴心受压构件的整体稳定承载力？

6、什么是轴压柱对两个主轴的等稳定？

对实腹柱使λx＝λy，对双肢格构式柱使λox＝λoy能否分别使他们做到等稳定？

7、试述工字形截面轴压柱翼缘板和腹板宽（高）厚比限值是根据什么原则确定的？

如何提高翼缘板和腹板的稳定性？

8、为保证实腹式轴心受压构件的安全工作，应进行哪些验算？

9、格构式轴心受压构件对虚轴的稳定计算为什么要采用λox？

如何保证单肢的稳定性？

缀板应满足哪些刚度要求？

10、为保证轴心受压缀条柱和缀板柱的安全性，应进行哪些验算？

11、为保证实腹式压弯构件的安全应进行哪些验算？

1、轴心受拉、轴心受压构件和拉弯、压弯构件的设计都必需同时满足两种极限状态的要求，每种构件按两种极限状态设计应包含构件截面设计的截面验算。

2、对轴心受力构件，《规范》以净截面平均应力达屈服强度作为强度承载力的极限，用相应公式进行强度计算。

当截面无削弱时无需进行强度验算。

3、轴心受拉、轴心受压和拉弯、压弯构件都以长细比作为衡量刚度的指标，都用同一公式验算构件刚度。

4、轴心压杆丧失整体稳定与强度破坏是本质上不同的两种破坏。

理想轴心压杆的屈曲，属于第一类稳定。

工程中的轴心压杆都存在初弯曲、初偏心和残余应力等缺陷，其稳定承载力低于理想轴心压杆，属于第二类稳定。

《规范》考虑上述缺陷的影响，用用压溃理论给出三条ψ曲线和整体稳定计算公式。

ψ曲线有下述规律：

ψa＞ψb＞ψc（下角标分别表示a、b、c三类截面）；

ψ值随长细比增大而减小。

由此可得到提高整体稳定性的措施，就一般情况来说，为做到两轴等稳定，应使ψx＝ψy。

5、根据板件屈曲临界应力与b类截面柱整体稳定临界应力相等的条件，来确定工字形截面等轴压柱板件的宽厚比限值。

而压弯构件是按板件临界应力等于钢材屈服强度的原则，来确定腹板高厚比限值。

6、等稳定的概念在钢结构中很重要，它包括构件对两个主轴的等稳定，以及板件的局部稳定与构件整体稳定的等稳定。

7、轴压格构柱对虚轴的稳定验算采用λox。

缀条和缀板的内力是分别按平行弦桁架和单跨多层刚架分析的，缀条按轴心压杆设计，缀板应注意满足构造要求。

保证单肢不先于柱整体失稳应满足相应计算要求。

8、实腹式拉、压构件，以截面出现塑性铰达到静力强度承载力强度的极限，《规范》限制其截面的塑性发展。

9、实腹式压弯构件在弯矩作用平面内的稳定工作与有缺陷的轴压杆件相同。

用相应公式验算；

平面外为弯扭屈曲。

公式中βmx、βtx要明白什么含义。

10、当压弯构件受压翼缘的自由外伸宽度与厚度之比为13√（235/fy）＜b1/t＜15√（235/fy）时，塑性发展系数γx取1.0。

就一般情况而言，压弯构件即使截面无消弱且整体稳定满足要求，但强度不一定满足要求，这是与轴压构件不同的。

11、柱头、柱脚关键在于构造，清楚传力路径的分析方法，就可以很容易地沿着传力路径进行零部件的设计计算。

屋面结构

1、屋盖支撑有哪几种类型？

各有什么作用？

如何布置？

2、檩条如何设计？

拉条有何作用？

3、常用钢屋架形式有哪几种？

确定屋架形式需要考虑哪些因素？

4、当上弦节间作用有集中荷载时，怎样确定其局部弯矩？

5、屋架杆件的计算长度在屋架平面内和屋架平面外有何区别？

如何取值？

6、屋架各个杆件应采用哪种截面形式？

选择杆件截面时应考虑哪些因素？

7、节点设计有哪些构造要求？

试述节点设计要点。

8、屋架施工图应包含哪些主要内容？

1、为保证屋盖结构的稳定性，提高房屋的整体刚度，使屋盖结构成为稳定的空间桁架体系，必须在屋架间设置支撑。

支撑类型有：

上弦横向支撑、下弦横向和纵向支撑、垂直支撑以及系杆。

2、钢檩条在屋面荷载作用下，绕其截面两个主轴弯曲，按双向受弯构件进行设计。

3、钢屋架的外型应与屋面材料所要求的排水坡度相适应，尽量与弯矩图相近似，以使受力合理。

腹杆布置应做到长杆受拉，短杆受压；

节点构造要简单合理，易于制造。

常用钢屋架有三角形、梯形、平行弦等形式。

4、根据使用和施工过程中可能遇到的最不利荷载组合进行屋架各杆件内力计算。

计算方法有图解法、数解法或查表、电算法。

杆件一般为轴拉或轴压构件，当有节间荷载时，应考虑局部弯矩，按拉弯或压弯构件计算。

5、为了节约钢材，对压杆截面两个方向长细比应相等，满足等稳定性要求，一般采用由两个角钢组成的T型截面形式。

上弦杆及下弦杆一般采用两个不等肢角钢短肢相连；

支座斜杆采用两个不等肢角钢长肢相连；

屋架其它腹杆采用两等肢角钢；

中央竖杆采用两等肢角钢组成的十字形截面。

为保证两角钢共同受力，肢间应设置垫板。

根据杆件受力和计算长度，确定出满足要求的截面。

6、屋架各杆件通过节点板互相连接，节点设计应满足一定的构造要求，节点设计应结合施工图的绘制进行，根据腹杆所需焊缝长度，结合构造要求，确定节点板的形状和尺寸，最后验算弦杆连接焊缝强度。

7、屋架施工图是制作屋架的依据。

内容包括屋架详图，上、下弦平面图、剖面图、零件图、材料表及有关说明等。

钢结构制造与防护

1、钢结构的制造过程？

2、钢结构防锈蚀的措施和机理？

3、钢结构除锈方法？

4、防锈涂料有哪些施工方法？

各有什么施工要求？

5、钢结构防火措施有哪些？

1、钢结构的制造大多在金属结构制造厂进行加工，一般要经过钢材备料、放样、号料和切割、制孔、边缘加工、冷弯和热弯、半成品校正、装配、构件焊接、成品校正、油漆、编号等工序，然后运至工地安装。

2、钢结构在湿度大和有侵蚀介质的环境中易锈蚀。

常用的防锈蚀方法是采用非金属涂料涂在钢材表面，以保护钢材。

涂料有底漆和面漆两种，在涂刷之前，必须将钢材表面的毛刺、铁锈、油污和附着物清除干净——除锈，常用的除锈方法有人工除锈、酸洗除锈、喷砂除锈三种。

涂料的施工方法有刷涂法和喷涂法两种，施工时要掌握合适的涂层厚度和层数以及良好的天气状况和温度条件。

3、在高温时，钢材的性能fy、fu、E都降低，导致承载力降低和变形增大。

对高温作用下的钢结构应采取合适的防火材料加以防护。

焊接残余应力和焊接残余变形

一、焊接残余应力和焊接残余变形产生原因

钢结构焊接构件在施焊过程中，焊件局部区域加热熔化，随后又冷却凝固，由于这不均匀的温度场导致焊件不均匀膨胀和收缩，产生应力和变形，残存于焊件内部，即称为焊接残余应力和残余变形。

焊接残余应力和残余变形产生的原因有两方面：

Ⅰ）施焊时焊件上温度分布不均匀；

Ⅱ）施焊时有一部分区域产生了塑性变形。

焊接应力是一种没有荷载作用下的内应力（自内力），在焊件内部自相平衡。

焊接应力除上述介绍的纵向焊接残余应力（沿焊缝轴线方向）外，还有横向应力（垂直焊缝长度方向）和厚度方向。

焊接过程中构件会产生一些局部鼓起、弯曲、歪斜和扭曲等变形。

焊接残余变形包括纵向收缩、横向收缩、弯曲变形、角变形和扭曲变形等。

通常为其中某几种变形的组合。

例如，开单面V型坡口的以对接焊缝连接的平板可能既发生两个方向的收缩变形，又同时发生角变形；

收缩变形通常靠制造下料时预加收缩余量来解决；

形状变形则靠合理设计、合理制造和焊接工艺来减小。

二、焊接残余应力和残余变形的影响

㈠、焊接残余应力对结构性能的影响

1、静力强度：

由于残余应力是自平衡的自内力，有残余应力的构件的承载力与无残余应力的完全一样，所以焊接应力对在常温下承受静力荷载的承载力没有影响；

2、刚度：

由于在残余拉应力区域提前进入塑性状态，继续增加的外力仅由剩余的弹性区承担，只增大变形，而应力保持不变，因此残余应力将使结构变形增加，刚度减小；

3、压杆的稳定承载力：

残余应力将使杆件的抗弯刚度减小，从而降低其稳定承载力；

4、疲劳强度：

由于焊缝中存在三向应力，阻碍了塑性变形，使钢材变脆，使裂纹易于发生和发展，因此焊接应力将使疲劳强度降低。

㈡、焊接残余变形的影响

焊接残余变形不仅影响结构的尺寸，使装配困难，而且使构件产生初偏心和初弯曲等初始缺陷，受荷载时将产生相应的附加内力，对结构的使用和受力不利。

例如轴心压杆，因焊接发生了弯曲变形，变成了压弯构件，显然强度和稳定承载力都受影响。

所以对残余变形要加以限制，超出规定限值必须加以矫正。

三、防止和减少焊接应力和变形的措施

焊接残余应力和变形，直接影响到焊接结构的制造和安装质量、受力性能、正常使用和安全可靠，设计和制造时应予以充分重视，并采取下列措施尽量减少其影响。

㈠、设计方面：

为减少焊接应力和变形，要进行合理的焊缝设计，从构造上采取一些措施。

1、采用适宜的焊脚尺寸和焊缝长度，最好采用细长焊缝，不用粗短焊缝；

2、焊缝应尽可能对称布置，不宜过分集中，以减小焊接残余变形；

3、应尽量避免焊缝三向相交；

（因为每个方向的焊缝都存在着沿焊缝轴线方向的焊接残余拉应力，在相交处形成三向同号拉应力场，使材料变脆。

不可避免时，应使主要焊接连接通过，次要焊缝中断；

梁的腹板、翼缘和加劲肋的相交处肋板应切角。

）

4、避免仰焊和不方便位置的焊接。

㈡、制造和焊接工艺方面

1、采用合理的施工顺序；

2、反变形法；

（在掌握焊接残余变形的规律后，施焊前给构件以一个和焊接变形相反的预变形，使构件在焊接后产生的焊接变形与之正好抵消。

3、退火法；

（对于小尺寸焊件，施焊后放入热源中，加热至600°

C左右并保温一定时间，然后缓慢冷却，可消除应力；

焊后退火处理是消除焊接残余应力最有效的方法。

4、刚性固定法；

（对焊件施加个足够大的外力，使其不能自由收缩而达到减少残余变形的目的，方法是用夹具固定或将焊件点焊在厚大的基座上。

5、锤击法；

（在焊缝冷却过程中，用头部带小圆弧的小锤轻击焊缝，使焊缝金属产生塑性变形，从而得到延伸，这样可减少焊缝中部的变形，降低焊接应力。

为防止产生裂纹，敲击应在焊缝塑性较好的热状态时进行。

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