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Analyse zum Trag- und Verformungsverhalten von Straßenbrücken in Holz-Beton-Verbundbauweise

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[Quelle: https://e-pub.uni-weimar.de]

Ziel der Arbeit ist es, einen Beitrag zur Weiterentwicklung und Adaption der Holz-Beton-Verbundbauweise auf den Straßenbrückenbau zu leisten. Dabei stehen differenzierte Untersuchungen zum Trag- und Verformungsverhalten hybrider Holzbrückentragwerke sowie die Entwicklung geeigneter Verbundelemente im Vordergrund. Um die Einführung dieser innovativen Bauweise in der Praxis zu unterstützen, werden Bemessungs- und Konstruktionshinweise erarbeitet. Am Beginn der Arbeit stehen eine zusammenfassende Darstellung und die Analyse des derzeitigen Forschungs- und Entwicklungsstandes auf dem Gebiet des Holz-Beton-Verbundbaus. Ausgehend von den Entwicklungen im Hochbau werden im Kapitel 2 Vorteile der Bauweise für den Brückenbau herausgearbeitet und Anwendungsgrenzen diskutiert. Im Kapitel 3 erfolgt die Untersuchung des Tragverhaltens von Holz-Beton-Verbundbrücken unter Berücksichtigung der Steifigkeitsansätze nach der deutschen Holzbaunorm. Anhand einer umfangreichen Parameterstudie wird der Einfluss verschiedener Geometrie- und Steifigkeitsparameter auf die Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit von Holz-Beton-Verbundbrücken vorgestellt. Die der aktuellen Holzbaunorm und dem Kapitel 3 zugrunde liegende Abbildung der Steifigkeitsentwicklung der Verbundbaustoffe basiert auf einem stark vereinfachten, praxistauglichen Ansatz. Dieser holzbauspezifische Ansatz wurde nicht explizit für hybride Tragwerke aus Holz und Beton entwickelt, sondern lediglich adaptiert. Unter Berücksichtigung einer realitätsnahen Abbildung des zeit- und klimaabhängigen Tragverhaltens der Verbundbaustoffe wird im Kapitel 4 die Gültigkeit dieses vereinfachten Steifigkeitsansatzes für die Anwendung im Holz-Beton-Verbundbrückenbau überprüft. Im Ergebnis dieser Untersuchungen werden Empfehlungen für eine genauere Erfassung des Materialverhaltens gegeben. Aus den Parameteranalysen lässt sich ein Anforderungsprofil bezüglich der Steifigkeit und Tragfähigkeit geeigneter Verbundelemente für den Straßenbrückenbau ableiten. Den inhaltlichen Schwerpunkt der Kapitel 5 und 6 bilden eigene experimentelle Untersuchungen an ausgewählten Verbundelementtypen, welche diesem Anforderungsprofil entsprechen. Die Analyse des Gesamttragverhaltens erfolgt anhand großformatiger Biegeversuche. Die Versuche werden mit Hilfe von Finite-Elemente-Modellen rechnerisch verifiziert. Auf der Basis möglicher Versagensmodi wird ein Bemessungskonzept für das Verbundelement Dübelleiste entwickelt. In Kapitel 7 sind die Ergebnisse der Arbeit zusammengefasst.

Folgendes könnte Sie auch interessieren:

Bücher, Broschüren

Matthias Frese
Computergestützte Verfahren zur pragmatischen Beurteilung der Tragwiderstände von Brettschichtholz. Zusammenfassung exemplarischer Simulationsstudien
Karlsruher Berichte zum Ingenieurholzbau, Band 31
Habilitationsschrift
2016, 188 S., graph. Darst. 210 mm, Softcover
KIT Scientific Publishing

 

 

In dem Buch werden Erfahrungen und Ergebnisse aus Computersimulationen in der Disziplin der Brettschichtholzforschung dargestellt. Zum methodischen Vorgehen enthält es Verweise auf Vorarbeiten, die den Zugang zu elementaren Grundlagen erleichtern, sowie konstruktive und kritische Erläuterungen zur Brettschichtholzmodellierung und Simulation von Biege-, Zug- und Druckversuchen. Abschließend wird diskutiert, welche Relevanz die gewonnenen Simulationsergebnisse in baupraktischer Hinsicht haben.

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Rainer Oswald, Matthias Zöller, Ralf Spilker, Silke Sous
Zuverlässigkeit von Holzdachkonstruktionen ohne Unterlüftung der Abdichtungs- oder Decklage
Bauforschung für die Praxis, Band 115
2015, 152 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Bei Dachkonstruktionen aus Holz wird zunehmend auf die bewährte Konstruktion verzichtet, die unter einer Deckschicht mit hohem Diffusionswiderstand eine Unterlüftungsschicht aufweist, verzichtet. Gleichzeitig weisen einige Regelwerke auf das hohe Schadensrisiko solcher ganz unbelüfteten Konstruktionen hin, wenn die über der Dämmung liegenden Abdichtungen oder Decklagen weitgehend dampfdicht sind. Aktuelle Planungshinweise für diese Konstruktionen empfehlen bei der bauphysikalischen Berechnung eine Austrocknungsreserve, den Einsatz von Holz mit geringem Feuchtegehalt, von feuchtevariablen Dampfbremsen oder von sorptiven Dämmstoffen. Damit kann jedoch dem Einfluss von Baufeuchte und Leckagen während der Nutzungszeit nur begrenzt begegnet werden. Das Aachener Institut für Bauschadensforschung und angewandte Bauphysik (AIBau gGmbH), das seit über 30 Jahren auf dem Gebiet der Bauschadensforschung tätig ist, hat eine Forschungsarbeit zu Konstruktionsempfehlungen vorgelegt, die vom Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung (BBR) im Rahmen der Initiative Zukunft Bau gefördert wurde.

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Markus Mosimann, Marc Lettau
Das Holzhaus der Zukunft
Ökologisch bauen mit menschlichem Maß
2012, 322 S., m. zahlr. Abb. 13.5 x 20.4 cm, Hardcover
Rotpunktverlag, Zürich

 

 

Den modernen, mit viel Technik bestückten "Wohnmaschinen" stellen die Autoren eine Hausbauphilosophie entgegen, die auf Einfachheit, Natürlichkeit und energiesparende Bauweise setzt. Sie liefern den Gegenentwurf zu jenen "Ökohäusern", bei denen das Maß an verbauter, grauer Energie um ein Vielfaches höher liegt als der Energieverbrauch des Gebäudes während seiner ganzen Lebensdauer. Sie legen dar, welch wichtige Rolle dabei der Rohstoff Holz spielt und warum er zugleich höchste baubiologische Qualitäten garantiert. Und sie entwickeln einen umfassenden Ansatz fürs Bauen mit "menschlichem" Maß - für ökologische Häuser, die den Lebensbedürfnissen des Menschen angepasst sind, nicht umgekehrt. Dabei kommen auch Leute mit ihren Überlegungen und Erfahrungen aus ihrer eigenen Hausbaugeschichte zu Wort.

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Astrid Schwedler
Zur Schubtragfähigkeit von Holzbauteilen unter Brandbeanspruchung
Berichte des Instituts für Bauphysik der Leibniz Universität Hannover, Band 4
Mit Anhang auf CD-ROM
2011, 200 S., zahlr. z. Tl. farb. Abb., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Mit der Umstellung der derzeit gültigen Bemessungsnormen auf das semiprobabilistische Sicherheitskonzept und der Einführung von Rechenverfahren zum Nachweis von Holzbauteilen unter Brandbeanspruchung wird die Möglichkeit des Schubversagens eines auf Biegung beanspruchten Trägers vor Erreichen der über die Normalspannung ermittelten Feuerwiderstandsdauer nicht ausreichend erfasst. Die bisherige Bedingungsgleichung bei maßgebender Schubbelastung ist aufgrund fehlender Anpassung nicht mehr anwendbar. Zudem ist für das genauere Nachweisverfahren kein Modifikationsfaktor zur Reduzierung der Schubfestigkeit angegeben. Lediglich die europäische Brandschutznorm enthält für das allgemeine Berechnungsverfahren eine temperaturabhängige, bilineare Abminderungsfunktion für die Schubfestigkeit. Bislang veröffentlichte Ergebnisse zur thermisch bedingten Abnahme der Schubeigenschaften ließen einen geringeren Einfluss der Temperatur als der normativ vorgegebene erkennen. Zur genaueren Analyse wurden eigene Versuche an thermisch-mechanisch beanspruchten Nadelholzproben mithilfe eines neu entwickelten Prüfverfahrens durchgeführt. Durch den Einsatz mehrerer Messmethoden konnte neben der temperaturabhängigen Schubfestigkeit auch der Schubmodul ermittelt werden. Die bei verschiedenen konstanten thermischen Einwirkungsstufen bestimmten Ergebnisse ermöglichen erstmals für den Temperaturbereich bis 200 Grad Celsius die Angabe von exakteren Reduktionsfaktoren und Abminderungsfunktionen für die Schubeigenschaften. Ausgehend von den Versuchsergebnissen sowie Literaturwerten zum thermischen Einfluss auf die Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften von Holz wurde zur Abbildung in einer numerischen Simulation mithilfe der Methode der finiten Elemente für die untersuchten Temperaturlaststufen ein Materialmodell abgeleitet und validiert, welches die nichtlineare Orthotropie des Werkstoffes berücksichtigt. Durch die Erweiterung des identifizierten Materialmodells um die Temperaturabhängigkeit kann nun in einer thermisch-mechanisch gekoppelten

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Horst Schulze
Feuchtebedingte Schäden an Wänden, Decken und Dächern in Holzbauart
Schadenfreies Bauen, Band 5
Reihe begründet von Günter Zimmermann.
2., überarb. und erw. Aufl.
2011, 196 S., zahlr. Abb. u. Tab., Hardcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Feuchtigkeit, sei es aus Niederschlägen oder Nutzungsfeuchte, ist bei Weitem die Hauptursache für Schäden an Holzbauteilen, insbesondere an Außenbauteilen. Solche Schäden lassen sich in aller Regel zurückführen auf eine nicht sachgerechte Planung, auf eine nicht sorgfältige Ausführung oder auf eine nicht übliche Nutzung. Der Autor stellt typische wie auch außergewöhnliche feuchtebedingte Schäden an Holzwänden, -decken und -dächern vor, nennt die Ursachen und gibt Anleitungen zu ihrer Behebung und Vermeidung. Die zweite, überarbeitete und um das Thema Dächer erweiterte Auflage berücksichtigt den aktuellen Stand der Normung und bautechnischen Vorschriften.

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Forschungsberichte

Bauforschungsberichte, Kurzberichte, Dissertationen, Hinweise auf laufende und abgeschlossene Forschungsvorhaben sowie Bauforschungs-Informationen aus dem deutschsprachigen Raum können Sie sich kostenlos/kostenpflichtig als Download direkt auf den Bildschirm holen oder online auf Papier bestellen.
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Jürgen Graf, Reiner Klopfer, Dennis Röver
Neue Potentiale im konstruktiven Holzbau durch acetylierte Buche. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3132
2019, 70 S., 61 Abb. u. 6 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Buchenholz liegt zukünftig in großen Mengen vor und hat das Potential im konstruktiven Holzbau vermehrt zur Anwendung zu kommen. Die Verfügbarkeit als Bauprodukt kann in Zukunft deutlich zunehmen, wenn Fragen der Festigkeitssortierung, der Verwendung von Holzteilen geringer Qualität und der Marktbereitstellung auf der einen Seite sowie Fragen der Klebbarkeit, der Keilzinken-verbindungen und der Dauerhaftigkeit auch für Verwendungen im Außenbereich auf der anderen Seite besser untersucht und gelöst werden. In diesem Forschungsvorhaben sollen daher experimentelle Untersuchungen an hochwertiger, vorsortierter Buche für BS-Holz mit > GL 48 (astfrei, dyn. E-Modul > 15 000 N/mm2, Bauteilbreite 100 mm) an Kleinproben, Teilproben und Proben in Bauteilgröße nach DIN EN 384 und DIN EN 408 durchgeführt und daraus ableitende mittlere Festigkeiten und Steifigkeiten ermittelt werden. Die Eigenschaften von acetyliertem Buchenholz sollten mit den Eigenschaften von nativem Buchenholz verglichen werden. Damit sollen Grundlagen für die Bemessung von Bauteilen aus Buchen BS-Holz von frei bewitterten Brücken, Türmen, Hallentragwerken, Parkhäusern, Überdachungen, Fassaden, Balkonen etc. mit diesem innovativen Baustoff bereitgestellt werden.

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Lutz Weber, Bernd Kaltbeitzel
Schallschutz bei Wärmedämm-Verbundsystemen im Holz- und Leichtbau
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3127
2019, 82 S., 46 Abb. u. 5 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Wärmedämm-Verbundsysteme (WDVS) können die Schalldämmung von Außenwänden in starkem Maße verändern und müssen deshalb beim baulichen Schallschutznachweis berücksichtigt werden. Im Gegensatz zum Massivbau sind geeignete akustische Planungswerkzeuge für den Leichtbau jedoch bislang nicht verfügbar. Ziel des Vorhabens war es deshalb, ein Prognoseverfahren für das bewertete Schalldämm-Maß von Holz- und Leichtbauwänden mit WDVS zu entwickeln. Den Ausgangspunkt des Forschungsvorhabens bildete eine Messreihe, bei der die Schalldämmung von Leichtbauwänden mit WDVS systematisch untersucht wurde. Die Messungen erfolgten in einem bauakustischen Prüfstand, wobei zur Verminderung des baulichen Aufwandes ein spezieller Prüfaufbau mit demontierbarem WDVS und verkleinerter Prüffläche Verwendung fand. Insgesamt wurden 56 verschiedene Wände untersucht. Als wichtigstes Ergebnis des durchgeführten Forschungsvorhabens steht nun auch für den Leichtbau - in ähnlicher Weise wie im Massivbau - ein zuverlässiges Verfahren zur Vorherberechnung des bewerteten Schalldämm-Maßes von Außenwänden mit WDVS zur Verfügung. Die akustischen Einflüsse und Zusammenhänge wurden untersucht und sind nun auch für WDVS auf Leichtbauwänden weitgehend verstanden. Für den Spektrum-Anpassungswert Ctr,50-5000 wurden geeignete Planungshinweise zur Vermeidung von baulichen Schallschutzmängeln erarbeitet.

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Rupert Ehrlenspiel
Historie der Abbrandmessung von Holz und Holzwerkstoffen bei HFM-TUM. Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 3339
2016, 21 S., 4 Abb.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die Holzforschung München der TU München hat im Rahmen ihrer Forschungs- und Prüftätigkeit seit ca. 1990 viele Versuche zu den Messmethoden der Abbrandrate durchgeführt. Bei genauerer Betrachtung zeigte sich jedoch, dass Angaben, die für die gewünschte Standardisierung solcher Messungen wünschenswert wären, in Prüfberichten teilweise nur unzureichend vorhanden sind. Hier sind etwa Materialangaben und genauere Angaben zum Einbau der Proben zu nennen. Dies gilt besonders für Proben, die aufgrund des Werkstoffes Holz in ihrer Beschaffenheit Unebenheiten oder in der Brandprüfung starke Verformungen aufweisen.

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Volker Schmid, Özkan Yildiz, Frank U. Vogdt, Falk Schaudienst, Hendrik Kesslau
Hybride Holzkonstruktionen mit Polyurethan. Entwicklung extrem dauerhafter, robuster und witterungsbeständiger Hybridbauteile aus Holz und PUR-Spritzelastomer zur Erweiterung des Anwendungsbereichs für Bauteile und Bauwerke aus Holz und für Holzkonstrukti. onen. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2899
2015, 212 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde untersucht, inwieweit 2-3 mm dick aufgesprühte Polyurethan-Spritzelastomere (PUR) geeignet sind, als konstruktiver Witterungsschutz für Holzbauteile zu dienen. Derzeit werden in der Baupraxis vorwiegend preis- und aufwandsintensive Lösungen für den konstruktiven Witterungsschutz angewandt, wie z.B. zusätzliche Überdachungen und Verblechungen, um einen dauerhaften Langzeitschutz von Holz mit geringen Instandhaltungszyklen zu gewährleisten. In dem Forschungsprojekt wurde untersucht, inwieweit das als ca. 3 mm Dickfilmbeschichtung im Spritzverfahren auf Holz applizierte Polyurethan-Elastomer die Dauerhaftigkeit von Holzwerkstoffen (z.B. Brettschichtholz GL, Brettsperrholz CLT, Furnierschichtholz LVL, OSB- und MDF-Platten) langfristig gewährleisten kann. Zu diesem Zweck wurden verschiedene Schwerpunkte im Forschungsprogramm gesetzt, u.a. mit den folgenden Versuchen: 1) Zugtest an PUR-Filmen, Haftzugtest an PUR auf Holz mit gealterten und ungealterten Proben; 2) Tests zur Rissüberbrückung auf unterschiedlichsten Holzuntergründen mit gealterten und ungealterten Proben; 3) Dauerhaftigkeitstests zur Risseüberbrückungsfähigkeit des Beschichtungsmaterials PUR an gealterten Proben; 4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit des PUR-Holz-Verbundes; 5) Untersuchungen zur hygrothermischen Beanspruchung von Hybridkonstruktionen; 6) Zweijährige Freilandversuche zur Witterungsbeständigkeit und Holzfeuchte; 7) Bewertung der ökologischen Wirkung, der Recyclingfähigkeit und der Wirtschaftlichkeit. Als Untergründe für die Beschichtung wurden Holz und Holzwerkstoffe GL, CLT, LVL, OSB und MDF eingesetzt. Die Forschungsarbeiten haben die Wirksamkeit einer 2-3 mm dicken Polyurethansprühbeschichtung als konstruktiven Witterungsschutz bestätigt. Die Schutzfunktion beruht in erster Linie auf der sehr großen Elastizität und der hohen Haftzugfestigkeit der aufgesprühten Polyurethan-Flüssigabdichtung. Die Instandhaltung der Beschichtung reduziert sich auf die Erneuerung der Deckbeschichtung ca. alle 8 Jahre,

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Norman Werther, Martin Gräfe, Veronika Hofmann, Stefan Winter
Untersuchungen zum Brandverhalten von querkraftbeanspruchten Verbindungen bei Holzbaukonstruktionen, Neuentwicklung und Optimierung von Verbindungssystemen und allgemeinen Konstruktionsregeln. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2938
2015, 262 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Für Holzbauteile liegt der aktuelle Fokus besonders auf der Bestimmung des Abbrand- und Tragverhaltens stabförmiger Elemente, wie Träger und Stützen. Allgemeine normative Aussagen zur brandschutztechnisch sicheren Ausbildung von querkraftbeanspruchten Bauteilanschlüssen und allgemeine Verwendbarkeitsnachweise liegen jedoch nicht bzw. nur in einem sehr begrenzten Umfang vor. Ziel eines Forschungsvorhabens ist es daher, die thermomechanischen Eigenschaften stabförmiger Holzbauteile und deren Verbindungselemente im Bereich querkraftbeanspruchter Anschlüsse unter Brandbeanspruchung besser zu erfassen und daraus entsprechende, schutzzielorientierte brandsichere Bauteilanschlüsse für Haupt-Nebenträger-Verbindungen und Stützen-Träger-Anschlüsse zu entwickeln. Hierbei sollen bestehende Systeme von Balkenträgern, Balkenschuhen und geschraubte Anschlüsse bewertet und optimiert werden sowie entsprechende notwendige Ertüchtigungsmaßnahmen entwickelt werden, die eine geregelte Anwendung von Holzbaulösungen im Wohnungs-, Zweck- und Gewerbebau ermöglichen und somit den Einsatzbereich des biogenen Werkstoffes Holz erweitern. Aspekte im Untersuchungsgegenstand sind: Welche Temperaturbeanspruchungen und damit welches Abbrandverhalten im Bauteilanschluss unter Brandbeanspruchung auftreten; ob für geschützt liegende Bauteilanschlüsse, wie Vollgewindeschrauben und verdeckte Balkenträger unter Berücksichtigung der Holzüberdeckung und des Abbrandverhaltens von Holz ohne weitere Maßnahmen eine ausreichende Schutzwirkung erzielt wird; welchen Einfluss freiliegende Bauteilverbinder und metallische Verbindungsmittel, wie Balkenschuhe, Schrauben, Nägel und Stabdübel auf das Abbrandverhalten von Holz im Anschlussbereich und das Trag- und Verformungsverhalten besitzen; welche Schutzmaßnahmen konstruktiv und wirtschaftlich zur Anwendung kommen können und unter welchen Randbedingungen konstruktive Schutzmaßnahmen notwendig werden und welchen Beitrag diese zum Feuerwiderstand liefern können. Die aus diesen Untersuchungen gewonnenen Erkenntnisse

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Zeitschriftenartikel

Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB^®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.

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Romstedt, Uwe
Kaputtsaniert. Fachwerksanierung
Bauen im Bestand B + B, 2019

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Schmid, Joachim; Klippel, Michael; Fahrni, Reto; Frangi, Andrea
Brandeinwirkung auf Holzbauteile im Prüfofen und bei realen Bränden
Bautechnik, 2018

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Nusser, Bernd; Pirch, Polina
Die Schwingung macht den Unterschied. Schallschutz von Brettsperrholzwänden mit Wärmedämmverbundsystemen (kostenlos)
Holzforschung Austria, 2017

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Radovic, Borimir; Wiegand, Tobias
Oberflächenqualität von Konstruktionsvollholz. KVH - Teil 1
Der Zimmermann, 2017

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Truskaller, Michael
Feuchtemonitoring von bewitterten Holzbauteilen. Die Holzfeuchte unter der Oberfläche als Indikator für Beschichtungsschäden (kostenlos)
Holzforschung Austria, 2017

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