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江南大学钢结构设计试卷D卷 时间:120分钟 适应专业:土木工程(王登峰)【考uT 闭卷(A) 摩擦面处理不同(B)材料不同(C)预拉力不同(D)设计计算时所取极限状态不同2在静力荷载作用下,钢材承受三向拉应力时,易发生B(A)塑性破坏(B)脆性破坏(C)疲劳破坏(D)无法判定3. 进行强度验算时,荷载应米用D (A) 将永久荷载的标准值乘以永久荷载分项系数(B) 将可变荷载的标准值乘以可变荷载分项系数(C) 永久荷载和可变荷载的标准值,均不乘以各自的分项系数(D) 将永久荷载和可变荷载的标准值均乘以各自的分项系数4. 钢结构焊接节点设计中,应尽可能选用A 的焊接位置;(A)俯焊(B)仰焊(C)立焊(D)任意5. 在缀条稳定验算式丝分f中,系数丫是C ocpA o do(A)考虑塑性发展的系数(B)考虑重要性的调整系数(C)考虑单角钢单面连接偏心受力的系数(D)考虑安全的附加 系数6为提高梁在弯矩作用下的强度和刚度,应尽可能使梁的 o(A)翼缘厚而窄(B)翼缘宽薄而腹板窄厚(C)腹板厚而窄(D) 腹板薄而宽7.对于钢结构用钢材,对化学成分的定义为:B。(A) C为不可缺少元素,Mn、S、P均为有害元素(B) C为不可缺少元素,Mn为脱氧剂,S、P为有害元素(C) C、Mn、S、P均为有害元素(D) C、Mn为有害元素,S、P为不可缺少元素&规范规定缀条式格构柱单肢的长细比九 0.7九(X为柱两个主轴1maxm ax方向长细比的最大值),是为了 O(A)保证柱平面内的整体稳定(B)保证柱平面外的整体稳定(C)避免单肢先于整个柱失稳(D)构造要求9. 由于建筑用钢材多为塑性性能好的钢材,故残余应力的存在将(A)降低静力承载能力(B)对静力承载能力无影响(C)提高静力承载能力(D)钢材易发生塑性破坏10. 为提高梁的整体稳定性,从用钢量的角度,经济的做法是Do(A)加强两个翼缘(B)加强受拉翼缘(C)加高腹板(D)受压翼缘设侧向支承得*、填空题(本大题共10空,每空1分,共10分)、填空题(本大题共10空,每空1分,共10分)1、现行钢结构设计规范除了疲劳计算外,采有以概率理论为基础的概率极限状态设计 方法。2、衡量钢材的塑性性能的指标有伸长率和断面收缩率两个指标。3、构件的长细比是指 _之比(用符号表示)。4、计算双肢格构式轴心受压构件绕虚轴x轴弯曲的整体稳定性时,其轴心受压整体稳定系数申应根据换算长细比查表确定。5、设计采用大型屋面板的较支承梯形钢屋架下弦杆截面时,如节间距为八则屋架下弦杆平面内的计算长度应取_io6、双轴对称截面的理想轴心压杆,有弯曲屈曲和扭转屈曲两种屈曲形式。7、工字形截面简支梁,当受压翼缘侧向支承点间距离愈小时,则梁的整体稳定性就愈高(好)8、试验证明,钢材的疲劳强度主要与构造状况、应力幅和循环荷载重复次数有关,而与钢材的静力强度并无明显关系。9、轴心受力的两块板通过对接斜焊缝连接时,只要使焊缝轴线与N 力之间的夹角0满足tano 1.5条件时,对接斜焊缝的强度就不会(30 分)低于母材的强度,因而也就不必再进行计算。得分简答题1. 对于理想的轴心受压构件,提高钢材的牌号(即钢材强度),对 构件的稳定承载能力有何影响?为什么?(7分) 无影响。因为理想轴心受压构件的稳定承载力为n =也,与钢号k ho 无关。2. 剪力作用下的普通螺栓连接节点可能发生哪些破坏形式? (8分) 栓杆被剪断、栓杆(孔壁承压)破坏、板件拉断、栓杆受弯破坏、 板端冲剪破坏3. 两板件通过抗剪螺栓群承担剪力时,就板件的净截面强度来说, 摩擦型高强螺栓连接与普通螺栓连接有何区别?采用何种连接方式 更合理? (7分)摩擦型高强螺栓连接板件计算截面承力需考虑孔前传力,其所受荷 载小于普通螺栓连接。从板件的受力来说,采用摩擦型高强螺栓连 接更合理。4. 同一种类的钢材,当其厚度或直径发生变化时,钢材的机械性能(强度和塑性)有何变化?为什么?(8分)同一种类的钢材,当其厚度或直径发生减小时,钢材的强度和塑性 会提高。因为随着钢材厚度或直径的减小,钢材(型钢)的轧制力和轧制次数增加,钢材的致密性好,存在大缺陷的几率减少,故强 度和塑性会提高。得*四、计算题(共40分)1. (本题12分)试验算图中所示柱牛腿中钢板与柱翼缘节点的连接 焊缝的强度(说明验算点)。图中荷载为静力荷载设计值。钢材为 Q235-A* Fo 手工焊,焊条E43 型。fw= 160N/mm2, fw=185N/mm2, f w=125N/mm2。t=201. (本题12分)V = 86.6WN = 5QkNM = 86.6 x 200 -50x 130 = 10820EN mm上边缘点危险N50x103 E0.7/ZfI 2x0.7 x8x250wJV86.6 x 103E0.7/Z 1f 2x 0.7 x 8 x 250wJ6M6 x 10820 x 103E0.7/Zh 2x0.7 x 8x250217.92V/mm230.92V/mm2cy n fT vfcy mf=92.1 N / mm2cy =gn +QM =17.9 + 92.7 = 110.6JV / mm2f f f2叭1.22丿+ 30.92 =95.8N/讪 2/厂160“皿22. (本题12分)试验算图示节点摩擦型高强螺栓群的强度。图中荷 载为静力荷载设计值,高强螺栓为8.8级M20,预拉力P=110KN, 被连接板件钢材 Q235-A* F (y =125N/mm2, f =215N/mm2),板 件摩擦面间作喷砂处理(“=0.的)。t二16七二&Nb = 0.9n |LiP = 0.9xlx0.45xll0 = 44.55kNvfN175N=_ = 一 = 43J5kNNbv44vN/ = (1 - 0.5 =N = (1 - 0.5 x x 175 = 13125kNn4A = A-n d t = 12x200-2x21.5x12 = 1884mm2n10净截面强度:c = 13125xl()3 _ 69.66N/mm2 f = 215N/A 1884n毛截面强度:g = =_巴_ = 72.9N/ f = 215N /A 12x2003. (本题16分)某简支梁截面如图所示,梁的跨度为6m,荷载为 静力荷载设计值,试验算梁的强度是否满足要求。判定梁的局部稳 定是否满足要求(腹板判定是否需设加劲肋,如需设加劲肋,请按 构造要求设置加劲肋,并画出加劲肋的布置图)。梁采用Q235-A 钢材,f =215N/mm2, f =125N/mm2 , f =235N/mm2。计算时可忽略 cvdv梁的自重。2000 . 2000 . 2000-200X12X-200 X123. (本题16分)M = 200kNmV = 100kN/广存“03+2x200x12x3062 32x10艸W = 532X108 =1.71xl06mm3-312S = 200x12x306 = 7.344x105 mm3iS = S +300x8x150 = 10.94x105 mm3 max 1M200x106(5= 111.39N / f = 215N/max y W 1.05X1.71X106dX XVS 100x103X10.94x105r = 2j.i N / mm2 f = 125N /VdTmaxx wo =Q X = 111.39x= 107.1A/mm2 1max h6245.32x108 x8US 100x103 x 7.344x1055.32x108 x8T =p = 17.27V / mm2i I tX wg =,(52+312 = 1O7.12+3x17.22 = 111.2A/mm2 1.1/ = 236.5N/ eq11d因为80Jw故需按构造要求设置横旬加劲肋,且a取2力=1200,其中支座及跨中集中力处均设横向加劲肋 o得分、单项选择题(2X10=20分)1. 大跨度结构常采用钢结构的主要原因是钢结构(B )A.密封性好B.钢材的轻质高强C.制造工厂化D.便于拆装2. 钢结构的承载能力极限状态是指(C )A.结构发生剧烈振动B结构的变形已不能满足使用要求C.结构达到最大承载力产生破坏D.使用已达五十年3. 钢号Q345A中的345表示钢材的(C )A.f值值 C.f值 D.fy值A )B两向异号等值正应力作4. 结祐钢材最易岌生脆性碱坏的应力状朱为(A.三向同号等值拉应力作用 用D.三向等值剪应力作用C.单向拉应力作用5. 钢材塑性破坏的特点是(DB破坏经历时间非常短D.变形大A.变形小C.无变形6. 普通螺栓抗剪工作时,要求被连接构件的总厚度W螺栓直径的5 倍,是防止(A )A.螺栓杆弯曲破坏B螺栓杆剪切破坏C.构件端部冲剪破坏D.板件挤压破坏7. 焊接残余应力不影响构件的(B )A.整体稳定性B静力强度C.刚度D.局部稳定性8. 在动荷载作用下,侧面角焊缝的计算长度不宜大于(BA.40hB.60h C.80hf D.120hf9. 确定*由心受压决腹柱腹板和翼缘宽厚比限值的原则是(A.等厚度原则B等稳定原则C.等强度原则D.等刚度原则得*、填空题(1X10=10分)10.发生弯扭屈曲的理想轴心受压构件截面形式为(B )A.双轴对称工字形截面C.H型钢截面B单角钢截面D.箱形截面1. 在弯矩作用下,摩擦型高强度螺栓群的中和轴位于_螺栓群的形 心。2. 在结构承载能力极限状态计算时,应采用荷载的设计值。3. 型钢代号L100X8中,L表示 o4. Q235B钢中的235表示 屈服强度235N/MM2。5. 动力荷载作用下钢材抵抗脆性破坏的性能指标为_冲击韧性值O6. 部分T型钢是半个 H 型钢。7. 在计算两端简支工字形轴压柱_腹板_板的临界应力时,它的支承条件简化为四边简支。8. 在承受静力荷载的角焊缝中,侧面角焊缝的强度设计值比正面角 焊缝 小 。9. 工字形截面梁按弹性设计时,应使翼缘的宽厚比b/t1WO10. 下图所示格柱截面中,虚轴指的是 X 轴。XiIyyXi1、螺栓群形心轴2、设计3、角钢4、屈服强度5、冲击韧性A值KV或冲击韧性值或值6、H7、腹板8、小9、13得分简答题(30分)1、钢结构的破坏形式有哪两种?其特点如何?(7分)钢结构破坏形式有;延性破坏和脆性破坏两种,各自特点为塑性破坏:破坏前具有较大的塑性变形,常在钢材表面出现明显 的相互垂直交错的锈迹剥落线。由于塑性破坏前总有较大的塑性变 形发生,且变形持续时间较长,容易被发现和抢修加固,因此不至 发生严重后果。脆性破坏:破坏前塑性变形很小,或根本没有塑性变形,而突然 迅速断裂。由于破坏前没有任何预兆,破坏速度又极快,无法察觉 和补救,而且一旦发生常引发整个结构的破坏,后果非常严重,因 此在钢结构的设计、施工和使用过程中,要特别注意防止这种破坏 的发生。2、影响钢材机械性能的主要因素有哪些?各因素大致有哪些影响? (8分)主要的影响因素有:1)化学成分的影响:影响较大的几种化学成分为C、Si、 Mn、S、P、O,其中碳素结构钢中则是铁以外的最主要元素, 碳是形成钢材强度的主要成分,随着含碳量的提高,钢的强度 逐渐增高,而塑性和韧性下降,冷弯性能、焊接性能和抗锈蚀 性能等也变劣。Si、Mn为有益元素,在普通碳素钢中,它们 是脱氧剂,可提高钢材强度。S、P、O为有害元素,S可能引 发刚才热脆,P可能引发刚才冷脆,氧与硫类似使钢热脆。2)钢材的硬化钢材的硬化有三种情况:时效硬化、冷作硬化(或应变硬化) 和应变时效硬化,钢材的硬化使钢材的强度提高,而塑性和 韧性下降。3)应力集中的影响应力集中主要友构件的截面突变引起,严重的应力集中,能弓起钢材脆性破坏,在进行钢结构设计时,应尽量使构件和连接 节点的形状和构造合理,防止截面的突然改变。4)残余应力的影响残余应力对构件的静力强度不会产生影响,但它降低构件的刚 度与稳定承载力,在进行钢结构的焊接构造设计和施工时,应 尽量减少焊接残余应力。3、受弯构件在弯矩作用下上翼缘受压,下翼缘受拉,使其犹如受 压构件和受拉构件的组合体。对于受压的上翼缘可沿刚度较小 的翼缘板平面外方向屈曲,但腹板和稳定的受拉下翼缘对其提 供了此方向连续的抗弯和抗剪约束,使它不可能在这个方向上 发生屈曲。当外荷载产生的翼缘压力达到一定值时,翼缘板只 能绕自身的强轴发生平面内的屈曲,对整个梁来说上翼缘发生 了侧向位移,同时带动相连的腹板和下翼缘发生侧向位移并伴 有整个截面的扭转,这时我们称其发生了整体失稳。3. 何谓受弯构件的整体失稳? (7分)受弯构件在弯矩作用下上翼缘受压,下翼缘受拉,使其犹如受压构 件和受拉构件的组合体。对于受压的上翼缘可沿刚度较小的翼缘板 平面外方向屈曲,但腹板和稳定的受拉下翼缘对其提供了此方向连 续的抗弯和抗剪约束,使它不可能在这个方向上发生屈曲。当外荷 载产生的翼缘压力达到一定值时,翼缘板只能绕自身的强轴发生平 面内的屈曲,对整个梁来说上翼缘发生了侧向位移,同时带动相连 的腹板和下翼缘发生侧向位移并伴有整个截面的扭转,这时我们称 其发生了整体失稳。4. 在角焊缝设计中,对焊脚尺寸和计算长度有哪些构造要求?为什 么? (8分)最大焊脚尺寸:h 12/防止焊缝过烧焊件;最小焊脚尺寸严I 昇5厂,防止焊缝冷裂; 最大计算长度:tf6Qh,易冷载/ 8/z及叭,防止焊缝沿长度缺陷几率增加。得分w f四、计算题(40分)1、下图所示某钢板的搭接连接,采用c级普通螺栓M22,孔径o = 23.5mm,承受轴心拉力N = 4QQkN,钢材Q235,试验算此连覆是 否可靠。 fb 140/ mm2? fb 305N / mm2(12 分)v解:(1)螺栓连接计算单个螺栓抗剪设计承载力Nb =nv-7fb =lx3,14x222 xl40 = 53192Av 4 v4单个螺栓的承压设计承载力Nb = tnvfb = 22x14x305 = 93940JV嶄需螺栓木数:二型222 = 714Nb 53192单面搭接,螺栓实际州量应为:“ = 1.1x7.14 = 7.9个该连接采用了 8个螺栓,符合要求(2)构件净截面验算因为师错排布置,可能沿1234直线破坏,也可能沿 1-2-5-3-4折线破坏1-2-3-4截面的净截面面积为:A =(b-2d )t =(2402x23.5)x14 = 2702加加2flQ1冷5-3-4截面的净截面甲积为:A = 0 x 40 + 2 J8O2 + 352 3 x 23.5& 14 二 2578加加 2_ Nn380000八=141 AN / mm2 f - 215N / mm22578故:该连接是可靠的。2、下图所示角焊缝连接能承受的静力设计荷戴P=160KNo已知: 钢材为Q235BF,焊条为E43型,一“加曲,是判断该连接是否可 f】丰罪。卄10(12 分)解:N = -P,V = -P,M = -Px120-PX10352x0.7 x 6 x 290O.33p555Tn =-pxl0352x0.7 x 6 x 290=0.25p(jM =|pxl20xl03Wf2xx0.7x6x2902= 0.61p1.22)2 +(T v)20.33P + 0.61P)2 + (025p)21.22-0.81x160 129.67V7 mm2 fw = 160N / mm2 故该證接可靠。3. 一工字形截面轴心受压柱如图所示,l=l = 9m, lQ =3m ,在跨中 截面每个翼缘和腹板上各有两个对称布豐的d = 24mm的孔,钢材 用Q235AF, J=215N/mm2,翼缘为焰切边。试求其最大承载能力N。 局部稳定已保证,不必验算。(16分)徉2N|N| P4V- p(章性:mm)截面几何特性:A = 2.20020 + 50010 = 13000mm24 = A-(42024+2 1024) = 10600mm2-存心站+汕no皿=2.23- IO2mmp7- 6.45y:10s 一七L V 1.3X104A 2.67X-107按强度条件确定的承载力:恥=AJ = 1.0610215 = 2.2810dN= 2280kN 按稳定条件确定的承载力:=也=竺耳 22.5=40.4兄 旦=300 = 66 2 10钢材的抗剪强度设计值/与钢材抗拉强度设计值/的关系为(C )vA/ 二局B* f=3fvVC/ =f/4iD/ =/3 柱三向应力状态下,钢材转入塑性状态的综合强度指标称为(D )A. 设计应力B.计算应力C.容许应力D.折算应力 钢材的标准应力-应变曲线是通过下列哪项试验得到的?(B )A. 冷弯试验B.单向拉伸试验C.冲击韧性试验D.疲劳试验 钢结构焊接常采用E43xx型焊条,其中43表示( A )A. 熔敷金属抗拉强度最小值B.焊条药皮的编号C.焊条所需的电源电压D.焊条编号,无具体意义 =2161 kN 所以此柱的最大承载力为2160kNo得分、单项选择题(2x10=20分)5. 钢材的疲劳强度与下列哪一项没有明显关系?( B ) A.荷载作用的应力幅值 B.钢材的静力强度C.构件或连接的构造情况D.循环荷载重复的次数6. 下列哪种元素含量的提高会增加钢材的强度和抗锈蚀能力,但却会严重地降低钢材的塑性、韧性和可焊性,特别是在温度较低 时会促使钢材发生冷脆现象(B )A.硫B.磷C.硅D.猛7. 在焊接施工过程中,应该采取措施尽量减小残余应力和残余变形的发生,下列哪一项措施是错误的?( A ) A. 直焊缝的分段焊接B. 焊件的预热处理C. 焊接后进行退火处理D. 加强板边约束,阻止被焊接板件变形的发生8. 在如图所示的普通螺栓连接中,受力最大的螺栓所在的位置为(A )题8图A(a)B. (b) C(c)D(d)9. 当沿受力方向的连接长度/15d时(d为孔径),螺栓的抗剪和承压承载力设计值应予以降低,以防止(B )A.中部螺栓提前破坏B.端部螺栓提前破坏C. 螺栓受弯破坏D.螺栓连接的变形过大10. T形连接中直角角焊缝的最小焊脚尺寸h . =1.5厂,最大焊脚尺immV12寸兀=1.2t ,式中的-和分别为(C )A. t为月育板厚度,t?为翼缘厚度B. t为翼缘厚度,t?为腹板厚度C. t为较小的被连接板件的厚度,t2为较大的被连接板件的厚度D. -为较大的被连接板件的厚度,t2为较小的被连接板件的厚度得分、填空题(1x10=10分)1. 对于没有明显屈服点的钢材,以卸载后试件的残余应变为_0.2%时所对应的应力作为假想屈服点,也称为条件屈服点。2. 残余应力将减小构件的刚度,同时将降低构件的稳定承载力。3. 型钢代号L100x8中,L表示。4. Q235BF钢中的F表示沸腾钢 5. 动力荷载作用下钢材抵抗脆性破坏的性能指标为 冲击韧性人 值或冲击韧性值或ArV值6. 部分T型钢是半个H型钢。7. 焊接工字型组合截面轴压柱腹板局部稳定条件为ho/tffl (25 + 0.5Qj235/fy其中2应取两个方向长细比的较大值。8. 提高钢梁的整体稳定性最有效的办法之一就是设置侧向支承点,但侧向支承点必须设在钢梁的受压翼缘。9. 实腹式偏心压杆在弯矩平面外的失稳属于弯扭屈曲。10工字形截面梁按弹性设计时,应使翼缘的宽厚比b /t oit 6.2%2、降低3、角钢4、沸腾钢5、冲击韧性A值或冲击韧性KV值或A值6、H 1、两个方向长细比的较大值8、受压9、弯纽KV10、得分三简答题(30 分)1.简述钢材塑性破坏的特征和意义。1、塑性破坏的主要特征是:破坏前具有较大的塑性变形,常在钢材 表面出现明显的相互垂直交错的锈迹剥落线。只有当构件中的应力达到抗拉强度后才会发生破坏,破坏后的断口呈纤维状,色泽发暗。 由于塑性破坏前总有较大的塑性变形发生,且变形持续时间较 长,容易被发现和抢修加固,因此不至发生严重后果。钢材塑性破 坏前的较大塑性变形能力,可以实现构件和结构中的内力重分布, 钢结构的塑性设计就是建立在这种足够的塑性变形能力上。3、什么是格构式轴心受压构件的换算长细比?在轴心受压构件的整体稳定计算中,按临界应力相等的原则,将格 构式构件换算为实腹式构件进行计算时对应的长细比或将弯纽及扭 转失稳换算为弯曲失稳时米用的长细比。4. 承压型高强螺栓和摩擦型高强螺栓承受剪力作用时在传力和螺栓 的验算上有什么区别?承压型高强螺栓承受剪力作用时螺栓直接承受剪力,需验算螺栓的 受剪和承压承载能力。摩擦型高强螺栓承受剪力作用时螺栓不直接 承受剪力,需验算螺栓的受剪承载能力。得分四计算题(40分)1、图示为摩擦型高强螺栓的对接接头,钢板材料为Q235B,用8.8级高强螺栓M20,孔径为21.5mm,预拉力P=UQkN,接触面 喷砂处理侏0.45,求接头所能承受的最大拉力N?(12分)I+ 卜丨|十十 +III十十十十II十十十十I II I 十十十十II十十十十III+4|十十+2N11 |I讯只已口 门9|1唱54占对|貝门|氏麻|只久10 解:1确定摩擦型高强度螺栓所能承受的最大轴心力设计I = 24Qmm 15d = 323mmio故取0=1.0。单个摩擦型高强度螺栓的抗剪承载力设计值:Nb =卩0.9旧 P = 1x0.9x0.45x2x110 = 89.17GVVf故N = m =16x89.1 = 1425.6/av(4分)V2 构件所能承受的最大轴心力毛截面:N = 4 = 410x18x215x10-3 =1586.7KN (2分)I - I截面:(n(4)N =l 0.5xfN =l-0.5x (n)L16丿A =410x18-4x21.5x18 = 5832nN = 0.875N由竺=/得AN = 5832x215x 10-3 /0.875 = 14333(6分)由此可见,接头所能承受的最大轴心力设计值为N = 1425.6KN maxfw = 160JV/ mm2,2、验算图示承受静力荷载的连接中脚焊缝的强度。 其他条件如图所示。无引弧板。(12分)第1题图N=200KN (设计值)设强轴为x轴。(1)强度验算S = 0.8x20x40.4 + 0.6x40x20 = M26.4cm3解: M = 200 x 0.2 = 40kNm V = 200kN込=0.82040.4 = 646.4cm36Mb =f 2x0.7xh L 2fw=6 x 4:x106181.08N / mm 22 x 0.7 x 8 x(360 - 2 x 8上200 x103一一=51.91N / mm 22 x 0.7h L2 x 0.7 x 8 x V360 - 2 x 8丿fw叽=ULi = gy 总=378kN. m最大正应力强度验算:(6分)i Q /1.22)2 +T2 = (181.08/1.22)2 + 51.912 = 157.24N/mm2 f w = 160N/mm2 fff3.简支梁受力及支承如图所示,荷载标准值P=180kN,分项系数14,不计自重,Q235钢,f=235N/mm2 o (16 分)y1)验算该梁的强度。2)如不需验算该梁的整体稳定,问需设几道侧向支承?因为翼缘如=t 8所以可以考虑部分塑性。373X106最大剪应力强度验算:竺丿小化川*阳心“2評/ 2厶4 77829 -10 x6应涨/mm腹板与翼缘交界处折算应力验算:.厶 77329.104/聊聊隅 126yA(fy-646Al(f 述/巧一氐 一 77829 10 6 _(1 分)(1 分)(2 分)(2 分)力=咏品 加=山2讣=2迢叽 所以强度均满足。(1 分)2) 整体稳定性保证如不需验算梁的整体稳定性,则需受压翼缘自由长度与其宽度的 比满足要求:bI】 16x200 = 3200所以在梁跨中设一道侧向支承点就能保证梁的整体稳性。
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