同济大学学报(自然科学版)

1915 年创刊

月刊

ISSN 1000-0054

CN 11-2223/N.

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土木工程与建筑学

  • 多点激励反应谱法研究现状与发展

    田仲业;楼梦麟;

    首先简要地说明了大跨度结构在抗震分析中的特点以及目前常用的计算大跨度结构多点激励地震反应的三种方法,继而详细地论述了近年来大跨度结构多点地震激励反应谱分析方法的国内外研究现状,最后对该领域的发展方向以及进一步深入研究时所需要注意的问题进行了初步的探讨.

    2013年08期 v.41 1119-1125页 [查看摘要][在线阅读][下载 200K]
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  • 土层地震反应显式计算中阻尼矩阵系数的选取

    楼梦麟;邵新刚;

    针对LS-DYNA程序关于土层地震反应显式计算中形成阻尼矩阵的方法开展讨论.首先,讨论了采用质量比例阻尼矩阵假定对各阶振型阻尼比带来的影响;然后分别应用时域和频域分析方法对三种不同类型土层的地震反应进行计算,通过比较时域和频域的计算结果,探讨了采用质量比例阻尼矩阵假定对计算结果的影响;最后,对质量比例阻尼系数的确定提出了建议:当仅计算土层地震位移反应或当土层基频高于下卧基岩输入地震波的主要激励频率条件下计算土层地震加速度反应时,以目前由土层基频计算质量比例阻尼系数的方法是可行的;但当土层基频接近于,特别是远低于输入地震波的主要激励频率时,应用土层基频和输入地震波反应谱峰值频率的算术平均值替代土层基频计算质量比例阻尼系数,可有效提高土层地震加速度计算精度.

    2013年08期 v.41 1126-1132页 [查看摘要][在线阅读][下载 679K]
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  • 承载力退化体系中各延性系数下的地震力计算

    童根树;叶赟;张磊;

    对承载力退化的修正理想弹塑性(MEPP)、剪切滑移(SSP)和双线性(BIL)滞回模型的单自由度体系进行弹塑性动力时程分析,得到了考虑承载力退化时不同场地、延性系数等参数组合下双周期标准化的地震力调整系数谱,结果表明:承载力退化对BIL和SSP模型的影响不大,对MEPP模型的影响则随退化值增大而增大.计算了承载力有退化的MEPP模型的基底剪力影响系数谱αEK,并给出了简化计算公式,进而得到与退化模型等效的理想弹塑性模型.对有退化模型的承载力需求是理想弹塑性模型的αEK倍,同时变形能力绝对值也为相同延性系数的理想弹塑性模型的αEK倍.

    2013年08期 v.41 1133-1139+1157页 [查看摘要][在线阅读][下载 1722K]
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  • 颗粒阻尼器减震控制的数值模拟

    鲁正;吕西林;

    基于离散单元法,建立了颗粒阻尼器对多自由度结构进行减震控制的数值模拟方法,并介绍了系统参数的取值方法.该方法采用合理的计算时步和高效的接触检测算法,能较好地模拟颗粒间以及颗粒与容器壁之间的相互作用.开展了附加颗粒阻尼器的多层框架的振动台试验,通过试验结果与数值模拟结果的对比发现两者吻合良好,说明该数值方法可以较好地模拟颗粒阻尼器的减震控制效果.

    2013年08期 v.41 1140-1144+1184页 [查看摘要][在线阅读][下载 323K]
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  • 滚球阻尼器在风力发电塔架中的振动控制

    陈俊岭;阳荣昌;

    基于调谐质量阻尼器(TMD)原理,设计了适用于风力发电结构的滚球阻尼器,通过振动台模型试验,研究了该阻尼器的减振效果.试验表明,这种新型的滚球阻尼器的质量仅为一阶模态质量的1.5%~2.5%,可有效提高结构阻尼,在不同的工况下均具有较好的控制效果,可使试验模型的底部弯矩和塔顶位移的标准差减小20%~46%.这种阻尼器施工工艺相对简单,因此具有良好的经济性和实用价值,值得在实际工程中推广.

    2013年08期 v.41 1145-1150页 [查看摘要][在线阅读][下载 488K]
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  • 高温下栓钉剪力连接件抗剪性能试验

    陈玲珠;李国强;蒋首超;王卫永;

    为研究高温下栓钉的抗剪性能,对24个栓钉推出试件进行了高温下推出试验.试验考虑了平板、压型钢板肋与钢梁垂直和压型钢板肋与钢梁平行三种混凝土板型式,考察了栓钉在不同温度下不同混凝土板型式中的受力特点和破坏模式.试验结果表明:平板混凝土试件和压型钢板肋与钢梁平行的试件均为焊缝上侧栓钉剪断破坏,而压型钢板肋与钢梁垂直的试件在温度较低时为混凝土拔出破坏,温度较高时转为栓钉剪断破坏.另外,三种混凝土板型式中栓钉的抗剪承载力和刚度均随温度的升高而降低,且平板混凝土试件和压型钢板肋与钢梁平行的试件中栓钉的承载力比压型钢板肋与钢梁垂直的试件中栓钉要高.通过对试验数据的拟合,提出了高温下栓钉抗剪承载力的计算公式.

    2013年08期 v.41 1151-1157页 [查看摘要][在线阅读][下载 964K]
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  • 三维纤维梁单元增量非线性有限元分析

    胡郑州;吴明儿;

    以三维连续体介质力学和虚位移原理为基础,推导了增量更新拉格朗日(UL)列式,此列式中保留了大位移增量刚度矩阵项,并对此刚度矩阵进行修正使其成为对称矩阵.根据增量UL列式,推导出小应变、大位移、大转动三维纤维梁刚度矩阵.该梁单元的刚度矩阵考虑了复合材料非线性、大位移、大转动高度几何非线性.该单元采用平截面假定,忽略剪切变形的影响,以轴线节点的位移表示截面上任意一点位移.根据以上理论编制了分析程序,通过对几个算例分析,证明该方法的精确性、通用性.

    2013年08期 v.41 1158-1164页 [查看摘要][在线阅读][下载 640K]
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  • 台风“梅花”近地风剖面变化

    王旭;黄鹏;顾明;

    基于10、20、30和40m高度处台风"梅花"影响下的上海浦东地区近地风现场实测数据,主要研究了平均风速、湍流度和阵风因子随高度的变化规律.结果表明,通过公式计算得到的边界层高度随平均风速的增大而增大,平均值为2 063m,远远大于我国规范(GB50009—2001,2002)规定的B类地貌下的边界层高度(350m).当平均风速较大时,大气稳定度参数z/L随平均风速变化较小,基本在区间[-0.1,0.1]内波动,此时大气近似趋于中性.指数率、对数率和Deaves-Harris模型与平均风速实测剖面均吻合较好.参考ASCE7-10中湍流度剖面的表达形式,通过拟合得到了纵向、横向和竖向湍流度随高度变化的经验表达式.另外,对实测阵风因子随高度的变化进行了拟合,拟合结果可以为今后工程设计提供参考.

    2013年08期 v.41 1165-1171页 [查看摘要][在线阅读][下载 930K]
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  • 盾构隧道开挖引起既有管线的竖向变形

    张桓;张子新;

    建立了基于双参数Pasternak地基模型的管线竖向变形计算方法,第一阶段采用Loganathan和Poulos提出的解析方法计算盾构隧道开挖引起的既有管线轴线位置处的土体自由位移场;第二阶段将既有管线视为Pasternak弹性地基上的无限长梁,将土体自由位移施加于管线,推导并求解了管线的平衡微分方程,得到了管线竖向位移和内力的表达式.进一步推导并求解了考虑侧向土体作用时的管线平衡微分方程,得到了更符合实际的管线变形.基于简化弹性空间法获得的地基参数,将Pasternak地基和Winkler地基的解析计算结果与数值计算结果以及工程实例监测数据进行对比验证,证明了Pasternak地基模型的优越性和本文计算方法的有效性.

    2013年08期 v.41 1172-1178页 [查看摘要][在线阅读][下载 681K]
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  • 高水压条件下盾构隧道开挖面极限上限法研究

    郑永来;冯利坡;邓树新;段晨雪;

    基于极限分析上限法,首次推导了高水压下维持均质土隧道开挖面稳定的最小支护压力解析解公式.并利用土层厚度加权平均法,对多层土体参数和水压力进行了简化分析,从而可将上述解析解公式应用于多层土越江隧道开挖面稳定性评价中,可为越江盾构隧道推进工程中估计前方支护压力的参考.最后,结合上海长江隧道和南京长江隧道实例,利用推导的解析解公式对越江隧道开挖面极限支护压力进行了计算,并将计算结果与前人研究和工程实际进行了对比分析.

    2013年08期 v.41 1179-1184页 [查看摘要][在线阅读][下载 246K]
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  • 软土盾构隧道渗流引起的地层和隧道沉降

    张冬梅;刘印;黄宏伟;

    基于复变函数的映射变换,在考虑衬砌作用的前提下,推导了稳定渗流时浅埋隧道周围土体中孔隙水压力分布、地层和隧道长期沉降的解析表达式,并将其运用到上海地铁盾构隧道中,重点分析了不同渗流条件下的孔隙水压力分布及地层和隧道长期沉降发展规律.研究表明,土体与衬砌的相对渗透系数对隧道和地层沉降发展影响显著,不同相对渗透系数引起的渗流量不同,渗漏量不同是影响隧道周围孔压分布及沉降发展的关键因素;地表和隧道的沉降随渗流量的增加线性增加,因此在盾构隧道运营期间,应加强对隧道渗漏水的检测,及时采取补漏措施.

    2013年08期 v.41 1185-1190+1212页 [查看摘要][在线阅读][下载 696K]
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交通运输工程

  • 地下道路横断面对驾驶行为的影响

    刘硕;王俊骅;方守恩;

    基于8自由度的驾驶模拟器研究了地下道路车道宽度、车道位置、侧向净宽对驾驶行为的影响.受试者在一条单向三车道的地下道路场景中进行了试验.试验结果表明车道宽度和侧向净宽对车速、偏移及主观感知都有影响,而车道宽度的影响更为显著.不同车道上,驾驶行为表现出与驾驶人的主观感知不一致.基于横向偏移状态分析了不同条件下的行车安全性,并为地下道路设计车速、车道宽度、限速、车道组合等方面提出了建议.

    2013年08期 v.41 1191-1196页 [查看摘要][在线阅读][下载 955K]
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  • 居住区型轨道站出入口客流分布系数模型修正

    吴娇蓉;华陈睿;

    提出已有的空间句法轴线模型在预测轨道站出入口客流分布系数时忽略了区域内建筑这一重要因素,而不同类型建筑对人们出行活动的产生和吸引量、出行分布的作用大相径庭.选取建筑高度、建筑密度作为核心指标,对轴线模型进行修正.根据居住区轨道站各出入口所对应的周边半径500m区域内的建筑密度差异和国内外相关规范对高层建筑的规定,得出修正轴线模型的适用条件.采用上海和南京两个城市居住区轨道站进行修正模型及适用条件的验证,得出修正轴线模型公式准确率达到91%以上.认为修正模型及适用条件具有一定的普适性,可为轨道站出入口步行通道设计、出入口公交站点和自行车停泊位布局提供理论支撑.

    2013年08期 v.41 1197-1202+1254页 [查看摘要][在线阅读][下载 201K]
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  • 基于单轴贯入重复剪切试验的沥青混合料永久变形

    许严;孙立军;刘黎萍;

    沥青路面车辙变形越发严重,降低路面使用寿命的同时大大影响行车安全.通过对比分析,提出运用单轴贯入重复剪切试验研究沥青混合料的永久变形.对高速公路沥青路面上中面层最常用的4种沥青混合料进行了不同荷载水平下的单轴贯入重复剪切试验,得到如下结论:单轴贯入重复剪切试验可以做出沥青混合料的三阶段变形;荷载越大混合料永久变形的速率越大,剪切疲劳寿命或流动数越小,当荷载大于或等于1.3MPa时改性沥青混合料在较小的荷载次数内变形过大,发生剪切破坏,而当荷载小于或等于1.1MPa时变形增加极慢,稳定地处于变形的第二阶段而不破坏;抗剪强度较大的沥青混合料抵抗剪切变形的能力较强,改性沥青混合料抵抗剪切变形的能力远大于普通沥青混合料;荷载应力水平和作用次数具有等效性.

    2013年08期 v.41 1203-1207页 [查看摘要][在线阅读][下载 759K]
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  • 沥青路面加热型密封胶的性能评价

    李峰;黄颂昌;徐剑;

    分析了20种加热型密封胶的软化点和流动试验结果,结果表明软化点和流动值具有相关性(显著性水平p<0.01),建议弃用流动试验.分别采用水泥混凝土模块和沥青混凝土模块制作拉伸试件,进行低温拉伸试验.对试验结果进行双因素方差分析,结果显示不同模块对低温拉伸试验的影响不显著(显著性水平p>0.05),建议采用沥青混凝土模块.进行了沥青路面裂缝运动观测,根据观测结果,提出4种类型密封胶低温拉伸试验的试验温度和拉伸量要求分别为:0℃和25%、-10℃和50%、-20℃和75%、-30℃和150%.该研究为交通行业标准的修订提供了技术依据.

    2013年08期 v.41 1208-1212页 [查看摘要][在线阅读][下载 357K]
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  • 桥面铺装温度对正交异性钢桥面板疲劳的影响

    吴冲;刘海燕;张志宏;孙一鸣;

    通过带桥面铺装的正交异性钢桥面板足尺模型疲劳试验,实测了不同桥面铺装温度条件下钢桥面板的受力,分析了桥面铺装温度对钢桥面板疲劳损伤度的影响.结果表明:沥青混合料钢桥面铺装刚度随着温度升高迅速降低,导致铺装层下的正交异性钢桥面板受力迅速增加;在相同的荷载条件下,高温(55℃)条件下钢桥面板疲劳损伤度约为常温(10℃)的21倍.

    2013年08期 v.41 1213-1218页 [查看摘要][在线阅读][下载 1255K]
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  • 机坪输油管道荷载附加应力分析

    周正峰;凌建明;梁斌;黄崇伟;

    应用ABAQUS有限元软件,考虑管土相互作用,建立并验证了管道结构有限元分析模型.应用该模型,分析了管周附加应力的分布特征,计算了飞机、施工重型车辆和压路机荷载作用下,管道附加应力及其引起的管道结构应力和变形随管道埋深的变化规律.结果表明:不同管道埋深对应的管周附加应力在管顶至管两侧60°的范围内有显著差异,且该范围内附加应力近似呈抛物线分布.即使管道埋深小至1倍管径时,飞机荷载和施工重型车辆荷载引起的管道结构应力和变形仍远小于容许值,而压路机高振幅振动压应力引起的管道结构应力达到管道强度失效的临界标准,是管道承受的最不利外荷载类型,对管道埋深有重要影响.

    2013年08期 v.41 1219-1224+1262页 [查看摘要][在线阅读][下载 1101K]
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  • 镐头机拆除工况下机场水泥道面的力学行为

    袁捷;杜浩;凌建明;朱剑;

    以ABAQUS作为分析平台,建立了考虑接缝传荷以及层间接触效应的双板有限元分析模型,可用于模拟镐头机拆除工况下水泥道面的力学行为.针对机场典型拆除工艺参数及道面结构参数,系统分析了镐头机拆除工况下拆除板和周边保留板的变形、拉应力以及层间剪应力的分布特征,揭示了镐头机拆除工况下周边保留板发生破坏的力学机理.分析了面层厚度、接缝传荷能力等参数对拆除时道面力学响应的影响规律,提出了镐头机拆除施工应注意的问题.

    2013年08期 v.41 1225-1230页 [查看摘要][在线阅读][下载 1164K]
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  • 高速铁路桩承式结构路基地基沉降计算方法

    王长丹;周顺华;王炳龙;邹春华;

    采用Mindlin-Boussinesq联合求解桩间土的附加应力,再根据e-lgp曲线法(e为孔隙比,p为土体压力)计算地基沉降的方法对高速铁路两种刚性桩桩承式结构地基进行了沉降计算,并与现行计算方法及现场实测数据进行对比分析.分析表明:现有规范计算方法对高速铁路路基荷载作用下刚性桩桩承式结构,及超固结或结构性较强的地基土体沉降计算有局限性;Mindlin-Boussinesq联合求解刚性桩桩承式结构地基中桩间土的附加应力沿深度的分布规律符合实际工程分布情况;Mindlin-Boussinesq联合求解附加应力并根据e-lgp曲线法计算地基沉降的方法的计算沉降值与实测值较为接近,并能考虑刚性桩复合结构地基设置参数情况及地基土应力历史等影响因素.

    2013年08期 v.41 1231-1236页 [查看摘要][在线阅读][下载 374K]
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  • 路基不均匀沉降引起有砟轨道沉降的计算方法

    邹春华;周顺华;王长丹;廖悦;

    针对路基不均匀沉降引起有砟轨道的沉降问题,以钢轨沉降变形的连续弹性点支承梁模型矩阵解法为基础,引入描述余弦型路基不均匀沉降的非线性边界条件及相关假定条件,提出了基于连续弹性点支承梁模型的路基不均匀沉降引起轨面沉降计算方法,并编制了C++计算程序.并通过上海市轨道交通2号线西延伸工程盾构法隧道下穿沪昆铁路线工程,结合路基实测沉降数据,采用该方法计算了路基沉降引起的轨面沉降,并与实测轨面沉降数据进行对比分析,结果表明:计算所得钢轨面的沉降槽宽度与实测结果基本相同,沉降幅值比实测值略小,但相差不超过1mm(约为轨面沉降值的4%).

    2013年08期 v.41 1237-1242页 [查看摘要][在线阅读][下载 841K]
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  • 基于组合赋权方法的城轨线路运营安全评价

    王艳辉;黄雅坤;李曼;

    在对城市轨道交通线路运营安全进行详细分析的基础上,系统地构建了城市轨道交通线路运营安全评价指标体系,并对各指标的含义及计算方法进行了研究.同时,对城市轨道交通线路运营安全等级进行了划分,采用层次分析法和熵值法组合赋权的方法来评价影响城市轨道交通线路运营安全的各项指标,符合系统的完整性,最后以北京市地铁4号线为例对其运营安全进行综合评价,验证了该方法的合理性和可靠性,为城市轨道交通运营安全决策与安全控制措施提供了理论依据.

    2013年08期 v.41 1243-1248页 [查看摘要][在线阅读][下载 305K]
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机械、车辆与能源工程

  • 锂离子电池温度场相似准则推导与有限元验证

    程洪正;张立军;阮丞;刁坤;

    从三维非稳态导热微分方程出发,利用量纲分析法推导了锂离子电池内部温度场相似所应满足的相似准则,并确定了实物对象与模拟对象之间的温度场相似关系.利用ANSYS软件进行了单层结构和多层结构锂离子电池温度场的有限元建模与计算,验证了所建立相似准则和相似关系的正确性.

    2013年08期 v.41 1249-1254页 [查看摘要][在线阅读][下载 450K]
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  • 临界温度区域内柴油喷雾燃烧特性模拟

    包堂堂;邓俊;吴志军;

    采用条件矩封闭模型(CMC)与三维计算流体动力学(CFD)软件相耦合,建立了活化热氛围中的柴油喷雾燃烧模型,分析了燃料自燃临界温度随环境压力的变化,并对临界温度附近区域的柴油喷雾燃烧特性进行了研究.结果表明,随着环境压力的增加,自燃临界温度基本维持在1 048K附近.在模拟条件下,当协流温度接近临界温度时,2K的协流温度变化即可引起火焰温度及OH、H、HO2等中间组分的分布产生较大变化,进而对燃烧过程产生较大影响.

    2013年08期 v.41 1255-1262页 [查看摘要][在线阅读][下载 1663K]
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  • 盾构机反交错双螺旋线刀具布置形式

    杨新安;张业炜;邱龑;龚振宇;

    总结了盾构机刀盘上刀具布置的基本原则和一般方案,提出了根据最优刀间距和相邻刀具相位差求解一般双螺旋线系数的方法;在此基础上提出了形式完全不同的反交错双螺旋线布置形式,并以狮子洋盾构隧道工程的使用案例对该布置形式进行了详细论述;分析了刀盘正反转情况下不同的破岩次序和破岩效率;以狮子洋隧道工程的实际统计数据为据,发现布置在螺旋线交错处的刀具存在局部磨损突出的现象.刀具反交错螺线型布置使得刀盘在逆时针旋转条件下的破岩效率提高,但刀具磨损快且差异性大.

    2013年08期 v.41 1263-1268页 [查看摘要][在线阅读][下载 949K]
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测绘科学与技术

  • Amery冰架附近区域年际表面高程变化分析

    谢欢;顾振雄;刘俊;童小华;

    使用基于坡度改正的ICESat(冰云和地面高度卫星)激光测高数据重复轨分析法对2003至2009年2月与10月Amery冰架及其附近区域进行了表面高程变化分析.该区域的ICESat轨道重复轨之间的平均距离为100m,平均坡度为0.3%,使用数字高程模型(DEM)进行重复轨间的坡度改正可以消除坡度对重复轨之间高程点投影时的影响.最终得到了2003~2009年2月和10月的总体平均高程变化,以及不同高程区间内的平均高程变化.结果表明海拔较低即更靠近海洋的区域高程变化剧烈,波动范围在±40cm左右甚至超出,而海拔较高即内陆区域的高程变化较缓和,波动范围在±10cm以内.

    2013年08期 v.41 1269-1273+1280页 [查看摘要][在线阅读][下载 913K]
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  • 基于随机矩阵的高光谱影像非负稀疏表达分类

    孙伟伟;刘春;施蓓琦;李巍岳;

    考虑到常规的高光谱影像稀疏表达分类模型的不足,提出随机矩阵-非负稀疏表达分类模型来提高高光谱影像的分类精度.通过引入随机矩阵来改善传统稀疏表达分类模型中测量矩阵以更好满足限制等距特性条件,同时限定系数向量的非负性以提高重构系数的可解释性.基于两个不同的高光谱数据集,对随机矩阵-非负稀疏表达分类模型采用三种方法进行系数重构,并对比常规稀疏表达分类模型的分类结果.实验证明,所提的模型能够明显提高常规稀疏表达分类模型的分类结果.同时,随机矩阵的投影维数对分类精度的影响研究实验表明,较大的投影维数能够保证该模型用以提高高光谱影像的分类精度.

    2013年08期 v.41 1274-1280页 [查看摘要][在线阅读][下载 396K]
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