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现浇箱梁满堂支架方案计算范例汇总

省道S303线巴朗山隧道工程TJ1合同段

 

小魏家沟中桥

现浇箱梁满堂支架施工方案

 

华通路桥集团有限公司巴朗山项目部

二○一三年三月

 

小魏家沟中桥现浇箱梁满堂支架及模板施工方案

1编制依据

1.1省道S303线巴朗山隧道工程两阶段施工图设计文件

1.2参考《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)、《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》、《混凝土工程模板与支架技术》、《铁路桥涵施工手册》、《路桥施工计算手册》、《桥梁支架安全施工手册》

2工程概况

小魏家沟中桥起止点桩号为K99+069~K99+163,设计为4-22m预应力连续箱梁,桥宽9m,桥长94m。

计算跨度为4×22m,边支座中心线至梁端0.5m,0#、4#桥台边支座横桥向中心距分别为4.85m、4.5m,中支座最大横桥向中心距4.80m。

箱梁顶宽9.0m,箱梁底宽5.5m。

顶板厚度20~50cm,腹板厚度40~80cm,底板厚度25~50cm。

全桥在端支点设2个端横梁、中支点设3个中横梁,其中端支点端横梁厚100cm,中横梁厚150cm。

采用满堂支架法现浇施工。

3现浇箱梁满堂支架布置及搭设要求

采用WDJ碗扣式多功能脚手杆搭设,使用与立杆配套的横杆及立杆可调底座、立杆可调托撑。

立杆顶设二层方木,立杆顶托上纵向设15×15cm方木;纵向方木上设10×10cm的横向方木,其中在墩顶端横梁和跨中横隔梁下间距不大于0.25m(净间距0.15m)、在跨中其他部位间距不大于0.3m(净间距0.2m)。

模板用厚18mm的优质竹胶合板,横板边角用4cm厚木板进行加强,防止出现波浪形,影响外观。

采用立杆横桥向间距×纵桥向间距×横杆步距为60cm×60cm×90cm支架结构体系,支架纵横均设置剪刀撑,其中纵横桥向斜撑每1.8m设一道。

4现浇箱梁支架验算

以中支点最大截面预应力混凝土箱形连续梁处为例,对荷载进行计算及对其支架体系进行检算。

4.1荷载计算

4.1.1荷载分析

根据本桥现浇箱梁的结构特点,在施工过程中将涉及到以下荷载形式:

⑴q1——箱梁自重荷载,新浇混凝土密度取2600kg/m3。

⑵q2——箱梁内模、底模、内模支撑及外模支撑荷载,按均布荷载计算,经计算取q2=1.0kPa(偏于安全)。

⑶q3——施工人员、施工材料和机具荷载,按均布荷载计算,当计算模板及其下肋条时取2.5kPa;当计算肋条下的梁时取1.5kPa;当计算支架立柱及替他承载构件时取1.0kPa。

⑷q4——振捣混凝土产生的荷载,对底板取2.0kPa,对侧板取4.0kPa。

⑸q5——新浇混凝土对侧模的压力。

⑹q6——倾倒混凝土产生的水平荷载,取2.0kPa。

⑺q7——支架自重,经计算支架在不同布置形式时其自重如下表所示:

满堂钢管支架自重

立杆横桥向间距×立杆纵桥向间距×横杆步距

支架自重q7的计算值(kPa)

60cm×60cm×90cm

3.38

4.1.2荷载组合

模板、支架设计计算荷载组合

模板结构名称

荷载组合

强度计算

刚度检算

底模及支架系统计算

⑴+⑵+⑶+⑷+⑺

⑴+⑵+⑺

侧模计算

⑸+⑹

4.1.3荷载计算

⑴箱梁自重——q1计算

根据现浇箱梁结构特点,取B-B截面(中支点横隔梁两侧)具有代表截面进行箱梁自重计算,并对两个代表截面下的支架体系进行检算,首先分别进行自重计算。

 

1B-B截面(中支点横隔梁两侧)处q1计算

 

根据横断面图,用CAD算得该处梁体截面积A=10.3885-0.775*2=8.84m2,则:

q1=

=

取1.2的安全系数,则q1=37.62×1.2=45.14kPa

注:

B——箱梁底宽,取6.11m,将箱梁全部重量平均到底宽范围内计算偏于安全。

⑵新浇混凝土对侧模的压力——q5计算

因现浇箱梁采取水平分层以每层25cm高度浇筑,在竖向上以V=1.2m/h浇筑速度控制,砼入模温度T=18℃控制,因此新浇混凝土对侧模的最大压力

q5=

K为外加剂修正数,取掺外加剂K=1.2

当V/t=1.2/18=0.067>0.035

h=1.53+3.8V/t=1.53+3.8*0.067=1.78m

q5=

4.2结构检算

4.2.1扣件式钢管支架立杆强度及稳定性验算

碗扣式钢管脚手架与支撑和扣件式钢管脚手架与支架一样,同属于杆式结构,以立杆承受竖向荷载作用为主,但碗扣式由于立杆和横杆间为轴心相接,且横杆的“├”型插头被立杆的上、下碗扣紧固,对立杆受压后的侧向变形具有较强的约束能力,因而碗扣式钢管架稳定承载能力显著高于扣件架(一般都高出20%以上,甚至超过35%)。

本工程现浇箱梁支架按φ48×3.5mm钢管扣件架进行立杆内力计算,计算结果同样也使用于WDJ多功能碗扣架(偏于安全)。

⑴中支点横隔梁两侧B-B截面处

在中支点横隔梁,钢管扣件式支架体系采用60×60×90cm的布置结构,如图:

 

①、立杆强度验算

 

根据立杆的设计允许荷载,当横杆步距为90cm,立杆可承受的最大允许竖直荷载为[N]=35.7kN(路桥施工计算手册中表13-5钢管支架容许荷载[N]=35.7kN)。

立杆实际承受的荷载为:

N=1.2(NG1K+NG2K)+0.85×1.4ΣNQK(组合风荷载时)

NG1K—支架结构自重标准值产生的轴向力;

NG2K—构配件自重标准值产生的轴向力

ΣNQK—施工荷载标准值;

于是,有:

NG1K=0.6×0.6×q1=0.6×0.6×45.14=16.25KN

NG2K=0.6×0.6×q2=0.6×0.6×1.0=0.36KN

ΣNQK=0.6×0.6(q3+q4+q7)=0.36×(1.0+2.0+3.38)=2.297KN

则:

N=1.2(NG1K+NG2K)+0.85×1.4ΣNQK=1.2×(16.25+0.36)+0.85×1.4×2.297=22.67KN<[N]=35.7kN,强度满足要求。

②、立杆稳定性验算

根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》有关模板支架立杆的稳定性计算公式:

N/ΦA+MW/W≤f

N—钢管所受的垂直荷载,N=1.2(NG1K+NG2K)+0.85×1.4ΣNQK(组合风荷载时),同前计算所得;

f—钢材的抗压强度设计值,f=205N/mm2参考《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》表5.1.6得。

A—φ48mm×3.5㎜钢管的截面积A=489mm2。

Φ—轴心受压杆件的稳定系数,根据长细比λ查表即可求得Φ。

i—截面的回转半径,查《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》附录B得i=15.8㎜。

长细比λ=L/i。

L—水平步距,L=0.9m。

于是,λ=L/i=57,参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》查附录C得Φ=0.829。

MW—计算立杆段有风荷载设计值产生的弯距;

MW=0.85×1.4×WK×La×h2/10

WK=0.7uz×us×w0

uz—风压高度变化系数,参考《建筑结构荷载规范》表7.2.1得uz=1.38

us—风荷载脚手架体型系数,查《建筑结构荷载规范》表6.3.1第36项得:

us=1.2

w0—基本风压,查〈〈建筑结构荷载规范〉〉附表D.4w0=0.8KN/m2

故:

WK=0.7uz×us×w0=0.7×1.38×1.2×0.8=0.927KN

La—立杆纵距0.6m;

h—立杆步距0.9m,

故:

MW=0.85×1.4×WK×La×h2/10=0.0536KN

W—截面模量查表〈〈建筑施工扣件式脚手架安全技术规范〉〉附表B得:

W=5.08×103mm3

则,N/ΦA+MW/W=22.67×103/(0.829×489)+0.0536×106/(5.08×103)=66.47KN/mm2≤f=205KN/mm2

计算结果说明支架是安全稳定的。

4.2.2箱梁底模下横桥向方木验算

本施工方案中箱梁底模底面横桥向采用10×10cm方木,方木横桥向跨度在中支点截面处按L=60cm进行受力计算。

如下图将方木简化为如图的简支结构(偏于安全),木材的容许应力和弹性模量的取值参照杉木进行计算,实际施工时如油松等力学性能优于杉木的木材均可使用。

 

⑴中支点B-B截面(墩顶及横隔梁)处

按中支点截面处3米范围进行受力分析,按方木横桥向跨度L=60cm进行验算。

①方木间距计算

q=(q1+q2+q3+q4)×B=(45.14+1.0+2.5+2)×3=151.92kN/m

M=(1/8)qL2=(1/8)×151.92×0.62=6.8kN·m

W=(bh2)/6=(0.1×0.12)/6=0.000167m3

则:

n=M/(W×[δw])=6.8/(0.000167×11000×0.9)=4.1(取整数n=4根)

d=B/(n-1)=3/3=1m

注:

0.9为方木的不均匀折减系数。

经计算,方木间距小于1m均可满足要求,实际施工中为满足底模板受力要求,方木间距d取0.3m,则n=3/0.3=10。

②每根方木挠度计算

方木的惯性矩I=(bh3)/12=(0.1×0.13)/12=8.33×10-6m4

则方木最大挠度:

fmax=(5/384)×[(qL4)/(EI)]=(5/384)×[(265.8×0.64)/(12×9×106×8.33×10-6×0.9)]=5.54×10-4m<l/400=0.6/400=1.5×10-3m(挠度满足要求)

③每根方木抗剪计算

τ=

MPa<[τ]=1.7MPa

符合要求。

4.2.5底模板计算

箱梁底模采用竹胶板,取各种布置情况下最不利位置进行受力分析,并对受力结构进行简化(偏于安全)如下图:

 

通过前面计算,横桥向方木布置间距分别为0.3m和0.25m时最不利位置,则有:

竹胶板弹性模量E=5000MPa

方木的惯性矩I=(bh3)/12=(1.0×0.0153)/12=2.8125×10-7m4

⑴5-5截面处底模板计算

①模板厚度计算

q=(q1+q2+q3+q4)l=(83.1+1.0+2.5+2)×0.25=22.15kN/m

则:

Mmax=

模板需要的截面模量:

W=

m2

模板的宽度为1.0m,根据W、b得h为:

h=

因此模板采用1220×2440×18mm规格的竹胶板。

②模板刚度验算

fmax=

<0.9×0.25/400m=6.25×10-3m

故,挠度满足要求

4.2.6侧模验算

根据前面计算,分别按10×10cm方木以25cm和30cm的间距布置,以侧模最不利荷载部位进行模板计算,则有:

⑴10×10cm方木以间距30cm布置

①模板厚度计算

q=(q4+q5)l=(4.0+50.7)×0.3=16.41kN/m

则:

Mmax=

模板需要的截面模量:

W=

m2

模板的宽度为1.0m,根据W、b得h为:

h=

因此模板采用1220×2440×15mm规格的竹胶板。

②模板刚度验算

fmax=

<0.9×0.3/400m=7.5×10-3m

⑵10×10cm方木以间距25cm布置

4.2.7立杆底座和地基承载力计算

 

⑴立杆承受荷载计算

在中支点两侧立杆的间距为60×60cm,每根立杆上荷载为:

N=a×b×q=a×b×(q1+q2+q3+q4+q7)

=0.6×0.6×(45.14+1.0+1.0+2.0+3.38)=18.91kN

⑵立杆底托验算

立杆底托验算:

N≤Rd

通过前面立杆承受荷载计算,每根立杆上荷载最大值为:

N=a×b×q=a×b×(q1+q2+q3+q4+q7)

=0.6×0.6×(45.14+1.0+1.0+2.0+3.38)=18.91kN

底托承载力(抗压)设计值,一般取Rd=40KN;

得:

18.91KN<40KN立杆底托符合要求。

⑵立杆地基承载力验算

地基薄弱地段分层换填隧道弃渣并碾压密实,根据经验及试验,地基承载力达到[fk]=200~250Kpa(参考《建筑施工计算手册》。

立杆地基承载力验算:

≤K·

k

式中:

N——为脚手架立杆传至基础顶面轴心力设计值;

Ad——为立杆底座面积Ad=15cm×15cm=225cm2;

按照最不利荷载考虑,立杆底拖下砼基础承载力:

,底拖下砼基础承载力满足要求。

底托坐落在15cm砼层上,按照力传递面积计算:

k为地基承载力标准值;

试验锤击数

3

5

7

9

11

13

15

17

19

21

23

k(Kpa)

105

145

190

235

280

325

370

435

515

600

680

K调整系数;混凝土基础系数为1.0

按照最不利荷载考虑:

=

≤K·[

k]=1.0×235KPa

经过计算,地基处理要求贯入试验垂击数必须达到11下。

 

将混凝土作为刚性结构,按照间距60×60cm布置,在1平方米面积上地基最大承载力F为:

 

F=a×b×q=a×b×(q1+q2+q3+q4+q7)

=1.0×1.0×(45.14+1.0+1.0+2.0+3.38)=52.52kN,即52.52kpa.

则,F=52.52kpa<[

k]=1.0×235Kpa

经过地基处理后,可以满足要求。

4.2.9支架变形

支架变形量值F的计算:

F=f1+f2+f3

①f1为支架在荷载作用下的弹性变形量

由上计算每根钢管受力为18.91KN,φ48mm×3.5㎜钢管的截面积为489mm2。

于是f1=б×L/E

б=18.91÷489×103=38.67N/mm2,

则f1=38.67×10÷(2.06×105)=1.88mm。

②f2为支架在荷载作用下的非弹性变形量

支架在荷载作用下的非弹性变形f2包括杆件接头的挤压压缩δ1和方木对方木压缩δ2两部分,分别取经验值为2mm、3mm,即f2=δ1+δ2=5mm。

③f3为支架地基沉降量计算:

支架地基沉降量按《GBJ7-89规范》推荐地基最终沉降量公式计算:

f3=

A、基础底面附加应力计算

根据前面计算结果,支架基础(C15加筋砼)底面以上最大荷载为F=52.52+3.9=56.42KN/m2,同理基础底面的附加压力为P0=F=56.42KN/m2。

B、地基土分层

根据现场地质情况(以地勘报告AK14地质柱状图为例),将地基土按压缩性分层,设压缩层厚度为3m,其中换填砂夹石土层厚1.5m、压缩模量7.0MPa,中液限粘质土层厚1.5m、压缩模量6.2MPa。

C、各分层的压缩量计算

根据最不利荷载受力部位支架布置,将满堂支架基础底面积转化为0.6×0.6基础进行计算分析。

a、换填砂夹石土层:

该土层的顶面及底面分别位于基础地面下Z0=0m及Z1=1.5m处,则:

于是换填砂夹石土层的压缩量

为:

b、中液限粘质土层:

该土层的顶面及底面分别位于基础地面下Z1=1.5m及Z1=3.0m处,则:

于是中液限粘质土层的压缩量

为:

D、确定压缩层厚度

先计算深度Zn=3.0m处向上取0.3m的土层压缩量

则,

于是得:

故压缩厚度可取为3.0m(从C15加筋砼基础底面算起)。

E、地基最终沉降量计算

压缩层范围内各土层压缩模量加权平均值ESP为:

因4

,则地基最终总沉降量S为:

f3=

故支架变形量值F为:

F=f1+f2+f3=3.28+5+6.31=14.59mm

5支架搭设施工要求及技术措施

现浇箱梁支架采用满堂扣件钢管脚手架或碗口式钢管架搭设。

搭设时,先在混凝土放置15cm×15cm钢板垫在钢管底下,垫板下用中粗砂找平。

支架顶部设置顶托,顶托上设纵梁和横梁,其上铺设梁体模板。

支架纵横向设置剪力撑,以增加其整体稳定性,支架上端与墩身间用方木塞紧。

支架采用同种型号钢管进行搭设,剪力撑、横向斜撑谁立杆、纵向和横向水平杆等同步搭设

上报监理检查,经监理同意后,进行支架预压:

按箱梁重量120%、模板重量及施工荷载组合,确定压载系数,采用砂袋(或水袋)均匀布设堆压于支架上进行堆载预压,预压前在底模和地基上布好沉降观测点,对支架预压及沉降观测。

5.1模板支架立杆、水平杆的构造应符合下列要求

(1)每根立杆底部应设置底座或垫板,并规定尺寸设置纵、横扫地杆。

(2)严格按照设计尺寸搭设,立杆和水平杆的接头均应错开在不同的框格层中设置,立杆步距不得大于设计要求,并应设置纵横水平拉杆。

(3)立杆接长必须采用对接扣件连接,严禁搭接连接,严禁不同直径混合施用。

(4)确保立杆的垂直偏差和横杆的水平偏差小于《扣件架规范》的要求。

(5)当梁模板支架立杆采用单根立杆时,立杆应设在模板中心线处,其偏心距不应大于25毫米。

(6)钢管脚手架要排列整齐和顺直,并要及时设好纵横水平拉杆、剪刀撑等。

上下层立杆采用的对接扣件应按规范要求交错布置。

(7)为保证支架整体稳定及安全,应按支架设计要点,在荷载集中处加密支架支撑。

(8)确保每个扣件和钢管的质量是满足要求的,每个扣件的拧紧力矩都要控制在45-60N.m,钢管不能选用已经长期使用发生变形的;

(9)地基支座的设计要满足承载力的要求。

5.2满堂模板支架的支撑设置应符合下列规定

(1)立杆应按设计纵横向间距设置,不得改变间距。

(2)剪刀撑应纵横设置,按设计间距布置,不得遗漏。

(3)满堂模板支架剪刀撑应由底至顶连续布置。

(4)高于4米的模板支架,其两端与中间每隔4排立杆从顶层开始向下每隔2步设置一道水平剪刀撑。

剪刀撑的构造应符合有关规定。

(5)组架前认真测量框架底脚距离,准确铺设方木及安放底托。

(6)支架拼装每3层检查每根立杆底座下是否浮动,否则应旋紧可调座或用薄铁片垫实,在支架拼装头3层,每层用经纬仪、水平仪、线坠随时检查立杆的垂直度及每层横杆的水平,随时检查随时调整。

(7)支架拼装时要求随时检查横杆水平和立杆垂直度外,还应随时注意水平框的直角度,不致使脚手架偏扭,立杆垂直度偏差小于0.25%,顶部绝对偏差小于0.05m。

(8)浇筑过程中,派人检查支架和支承情况,发现下沉、松动和变形情况及时解决。

5.3支架拆除要求

(1)支模的拆除必须经验算复核并符合《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2002)及其它有关规定,严格控制拆模时间,拆模前必须有拆模申请及经审批。

(2)质检拆除时应遵循先上后下,后搭先拆,一步一清的原则,部件拆除的顺序与安装顺序相反,严禁上下同时进行,拆除时应采用可靠的安全措施。

(3)卸料时应由作业人员将各配件逐次传递到地面,严禁抛掷。

(4)运至地面的构配件应及时检查、整修与保养,清除杆件及螺纹上的沾污物,变形严重的,送回修整;配件经检查、修正后,按品种、规格分类存放,妥善保管。

(5)拆除杆件时,要互相告知,协调作业,已松开连接的杆部件要及时拆除运出,避免发生误扶误靠。

5.4支架预压及沉降观测

支架搭设完后,为保证箱梁浇注混凝土后满足设计的外形尺寸及拱度要求,采取对支架预压的方法以消除变形,具体做法如下:

⑴、设置沉降观测点

支架搭设、立模作业程序完成后,每跨向1/4跨、1/2跨、3/4跨、及前后两支点处设置支架沉降观测截面,每个观测截面沿横向对称设置3个观测点,从而形成一个沉降观测网。

观测点采用吊尺法测量,即在观测点位箱梁底模底部打入一铁钉,测量时将钢卷尺吊在铁钉上进行观测。

另外对应于支架沉降观测截面,在地基处理后的基础混凝土表面同样设置地基沉降观测点,以测量在预压过程中的地基沉降量。

⑵、加载预压及卸载

支架加载预压采用砂袋法辅助水袋法进行。

箱梁的底腹板和翼板模板铺设完成后,在翼板模板边缘堆积砂袋,形成一个槽式空间,然后在箱梁模板和砂袋上铺设0.5mm厚塑料纸2层,再往内注水预压,砂袋和水的总重量为箱梁自重的120%。

加载采取分级进行,使加载过程尽量符合浇混凝土的状态。

本桥加载可分三级进行,每级加载为总压载量的1/3,共加载3次。

第一次加载模拟箱梁底板、腹板钢筋绑扎完成,钢绞线及各种模板和加固措施安装完毕后的荷载;第二次加载模拟底板、腹板砼浇筑安装完成后的荷载;第三次加载模拟顶板砼浇筑完成后的荷载。

全部加载后,不可立即卸载,需等压一段时间(一般24~72h)并在地基沉降稳定后,再逐级卸载,卸载后再观测1次,卸载前后的差值可认为是地基及支架的弹性变形,在安装箱梁底模时设预拱度以消除之。

卸载完成后即可按加载顺序浇筑混凝土。

⑶、沉降观测

沉降观测应贯穿于加载及卸载的整个过程,在开始加载前必须进行首次观测,作为沉降观测的零点,,接着加上第一次荷载,加载后立即再观测,得出施加第一次荷载后的瞬间沉降;施加第二次荷载前再观测,然后施加第二次荷载并立即观测,得出施加第二次荷载后的瞬间沉降;施加第三次荷载前再观测,然后施加第三次荷载并立即观测,观测工作在等压时间内一直进行,一直到沉降趋于稳定。

加载及卸载必须在整个预压范围内分级进行,在一个连续的预压范围内不得分成几段后逐段一次加载或卸载到位。

每级加载及卸载均应进行测量并详细记录,预压结束卸载完成后,根据沉降观测记录,结合预拱度计算,确定模板高度。

实施过程:

①准确计算各施工区段的箱梁、模板、支架自重,以确定各施工区段的加载重量。

①根据试验数据,绘制纵、横向的弹性变形和非弹性变形图,确定弹性变形调整值。

③加载试验结束后,请有关人员进行检查,确定安全,可行性签证后,方可进行下道工序施工。

6安全防护措施及安全交底

6.1安全防护措施

为杜绝重大事故和人身伤亡事故的发生,把一般安全事故减少到最低限度,确保施工的顺利进行,特制定如下防护措施:

(1)成立以项目经理为组长的安全管理、协调小组,严格执行项目经理部制订的相关管理制度,加强对工人的安全教育,提高职工的安全生产素质,并设专职安全员。

(2)利用各种宣传工具,采取多种教育形式,使职工牢固树立“安全第一”的思想,不断强化安全意识,建立安全保证体系,使安全管理制度化,教育经常化。

在下达生产任务时,必须同时下达安全技术措施。

检查工作时,必须同时检查安全技术措施执行情况。

总结工作时,必须同时总结安全生产情况,提出安全生产要求,把安全生产贯穿到施工的全过程。

(3)认真坚持执行定期安全教育、安全讲话、安全检查制度,设立安全监督岗,充分发挥安全人员的作用,对发现的事故隐患和危及工程、人身安全的事项,作到立即处理,做出记录,限期改正,落实到人。

(4)架子作业人员必须佩戴安全带并站稳把牢,在架子上传递,放置杆件时应注意失衡闪失;剪刀撑及其它整体性拉杆应随架子高度的上升及时安装,以确保整架稳定;搭设中应统一指挥,协调作业;确保支架结构的尺寸。

杆件的垂直度和水平度,各节点构造和紧固程度符合施工规范要求;禁止使用材质,规格不符合要求的杆配件。

(5)起重指挥应站在能够照顾全面的地点,信号要统一、准确;严禁任何人员在起重臂和吊起的重物下面停留或行走;起重物件应使用交互捻制的钢丝绳,有打结、变形、断丝和锈蚀的钢丝绳应及时按规定降低使用标准或报废;起吊物件应合理设置溜绳。

(6)搭设脚手架人员必须戴安全帽、系安全带、穿防滑鞋。

在脚手架上进行电、气焊作业时,

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