Instruction Technique Pour Le Système Tramway [PDF]

Zitiervorschau

Q Département PIL Unité EIB

MANUEL D’INGENIERIE

INSTRUCTION TECHNIQUE POUR LE SYSTEME TRAMWAY

« PRESCRIPTIONS POUR LE CALCUL DES STRUCTURES »

Tramways – Prescriptions pour le calcul des structures

REVISION

DATE

A

01-03-2000

Document d’études

B C

06-12-2001 17-07-2003

Ajouté CITADIS 302 et Charges locales Modifié charges permanentes au niveau de la plate-forme

Auteurs :

DESIGNATION

MMes Varjabédian, Wadoux ; MM Van Loon, Cukier, Bakhos. Révisions B et C par P Le Guellec ( PIL – EIB )

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Tramways – Prescriptions pour le calcul des structures

SOMMAIRE

1.

ELEMENTS GENERAUX.................................................................................................................. 4

1.1

TYPES D’OUVRAGES

1.2

DESTINATAIRES

1.3

LE

2.

CONCERNÉS .....................................................................................................

4

DE L’INSTRUCTION TECHNIQUE ...............................................................................

4

TRAMWAY ..................................................................................................................................

4

NOTE SUR LES TRAMWAYS .......................................................................................................... 5

2.1 2.1.1

CARACTÉRISTIQUES DE L’EXPLOITATION TRAMWAY RATP.............................................................. 5 terminologie et définitions élémentaires ...................................................................................... 5

2.2 2.2.1

CHARGES À PRENDRE EN COMPTE POUR LE CALCUL DES STRUCTURES .................................................. 6 Charges permanentes en section courante ................................................................................... 6

2.2.1.1 2.2.1.2 2.2.1.3

Plate-forme avec voie posée sur ballast....................................................................................................6 Plate-forme avec voie encastrée...............................................................................................................6 Plate-forme avec voie encastrée avec pose antivibratile............................................................................8

2.2.1.4 2.2.1.5

Plate-forme avec voie encastrée sans attache ...........................................................................................8 Supports de la Ligne Aérienne de Contact "LAC" ....................................................................................8

2.2.2

Charges d’exploitation tramway .................................................................................................. 9

2.2.2.1 2.2.2.2 2.2.2.3 2.2.2.4 2.2.2.5 2.2.2.6 2.2.2.7 2.2.2.8 2.2.2.9 2.2.2.10 2.2.2.11 2.2.2.12 2.2.2.12 2.2.2.13

2.2.3

Elément type TFS ...................................................................................................................................9 Schéma d'une rame TFS constituée de deux éléments ..............................................................................9 Elément type CITADIS 302...................................................................................................................10 Schéma d'une rame CITADIS 302 constituée de deux éléments..............................................................10 Définition du cas de charge type à considérer ........................................................................................12 Définition des combinaisons de charges tramway pour deux voies .........................................................12 Disposition des convois pour un ouvrage tramway .................................................................................12 Disposition des convois pour un ouvrage mixte......................................................................................13 Coefficient de majoration dynamique ....................................................................................................13 Efforts de freinage et d'accélération .......................................................................................................13 Forces centrifuges .................................................................................................................................14 Charges locales .....................................................................................................................................14 Choc d'un tramway sur une pile .............................................................................................................15 Chargement vertical sur les remblais .....................................................................................................15

Autres charges...........................................................................................................................15

2.3

FLÈCHES .........................................................................................................................................15

2.4

VÉRIFICATIONS ...............................................................................................................................15

2.5

RÈGLES

APPLICABLES ......................................................................................................................16

2.5.1 2.5.2

Règles applicables au calcul des ouvrages en béton armé ..................................................16 Règles applicables au calcul des ouvrages en béton précontraint ..............................................16

2.5.3 2.5.4

Règles applicables au calcul des ouvrages métalliques..........................................................16 Règles applicables au calcul des ouvrages mixtes acier-béton.............................................16

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INSTRUCTION TECHNIQUE POUR LE SYSTEME TRAMWAYS « PRESCRIPTIONS POUR LE CALCUL DES STRUCTURES »

1. ELEMENTS GENERAUX 1.1 TYPES D’OUVRAGES

CONCERNES

La présente instruction technique s’applique à tous les ouvrages sur lesquels la circulation de tramways est envisagée, aussi bien une circulation « tramway seul » qu’une circulation mixte « routière plus tramway ». Elle concerne plus particulièrement les ouvrages à construire. Pour la vérification d’ouvrages existants sur lesquels des voies de circulation routière doivent être remplacées par des voies tramway, la présente instruction pourra également être utilisée. Toutefois, afin d’éviter des reprises d’ouvrage trop conséquentes, des restrictions de circulation des tramways par consignes d’exploitation pourront être envisagées, permettant des combinaisons de charges moins contraignantes. Quelques plates-formes adaptées à la circulation des tramways sont décrites ci-après.

1.2 DESTINATAIRES

DE L’INSTRUCTION TECHNIQUE

• MOA (Maîtrise d’ouvrage)/MOE (Maîtrise d’œ uvre) RATP ; • MOA/MOE DDE, SNCF, RFF, SYSTRA,... ; • Entreprises chargées des études d’exécution ; • Maintenance RATP (MRF, MRB, EST, M2E...) ; • Ingénierie RATP (PIL ) • Exploitation RATP (BUS).

1.3 LE

TRAMWAY

Issu d'outre-Atlantique, le tramway est un mot d'origine anglaise signifiant littéralement "voie (way) à rail plat (tram)", par opposition aux rails en saillie des voies ferrées classiques. Ce mode de transport en commun est un matériel roulant de type ferroviaire, à voie également de type ferroviaire, mais acceptant la mixité de circulation avec le trafic automobile. De ce fait, le tramway est un mode de transport essentiellement de type urbain, assurant la desserte des agglomérations, assujetti au code de la route, complété par des consignes d’exploitation.

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2. NOTE SUR LES TRAMWAYS 2.1 CARACTERISTIQUES

DE L’EXPLOITATION TRAMWAY

RATP

2.1.1 TERMINOLOGIE ET DEFINITIONS ELEMENTAIRES Les définitions suivantes relatives au matériel roulant sont utilisées pour une ligne de tramway. • Tramway : Un tramway est un véhicule circulant sur voie ferrée située généralement au niveau de la voirie. Il se compose d'un ou plusieurs éléments accouplés constitués d'une ou plusieurs voitures simples. • Caisse ou voiture : Une voiture est une caisse simple sans articulation reposant soit sur deux essieux soit sur deux bogies. • Elément : Un élément est une unité autonome disposant de tous les équipements lui permettant de circuler isolément. Il est constitué d'une ou plusieurs voitures. L'élément de tramway utilisé à la RATP sur les lignes T1 et T2 est constitué de deux caisses articulées sur trois bogies, le bogie central étant une caisse-bogie. • Rame de tramway : Un tramway peut être constitué d'un élément (unité simple) ou de plusieurs éléments accouplés (unité multiple). La rame de tramway type T1 est constituée d'un élément. La rame de tramway type T2 est constituée d'un élément, mais il est envisagé d'exploiter la ligne avec deux éléments accouplés. • Convoi : Dans le sens longitudinal un convoi type est constitué de deux rames tramway.

Bogie

Voiture / Caisse

Caisse-bogie

Elément

Rame Convoi

Figure 1 : Terminologies et définitions

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2.2 CHARGES A PRENDRE EN COMPTE POUR LE CALCUL DES STRUCTURES 2.2.1 CHARGES PERMANENTES EN SECTION COURANTE 2.2.1.1 Plate-forme avec voie posée sur ballast

Figure 2 : Voie sur ballast Rail Profil 35 GTF Ballast épaisseur minimale sous traverse masse moyenne

55 kg/ml 25 cm 1,6 kg/dm3

2.2.1.2 Plate-forme avec voie encastrée

Figure 3 : Voie encastrée Rail Profil 35 GTF Rail Profil RI 60 (Zone d'appareils)

55 kg/ml 60 kg/ml

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Ouvrage existant

2.2.1.3 Plate forme avec voie encastrée avec pose antivibratile

Figure 4 : Voie encastrée avec pose antivibratile Rail Profil 35 GTF

55 kg/ml

2.2.1.4 Plate-forme avec voie encastrée sans attaches

Figure 5: Voie encastrée sans attaches Rail Profil 35 GTF

55 kg/ml

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2.2.1.5 Supports de la Ligne Aérienne de Contact "LAC" 2.2.1.5.1 Schéma de répartition des efforts Fz

Axe voie 2 My Mx Fy

Fx

Axe voie 1

Figure 6 : Exemple de poteau axial On peut distinguer quatre familles de supports. Pour chaque famille les efforts au niveau de la platine sont définis ci-après, et font références aux notations de la figure 5. 2.2.1.5.2 Supports axiaux Effort vertical (Fz) Effort parallèle aux voies (Fx) Effort perpendiculaire aux voies (Fy) Moment My Moment Mx

- 2 000 daN 0 daN 1 000 daN 0 daN.m 6 500 daN.m

2.2.1.5.3 Supports latéraux une voie Effort vertical (Fz) Effort parallèle aux voies (Fx) Effort perpendiculaire aux voies (Fy) Moment My Moment Mx

- 1 000 daN 0 daN 600 daN 0 daN.m 3 000 daN.m

Il est à noter que lorsque le tramway est en site banalisé, les supports caténaires ne seront pas disposés dans l’entrevoie.

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2.2.1.5.4 Supports latéraux deux voies Effort vertical (Fz) Effort parallèle aux voies (Fx) Effort perpendiculaire aux voies (Fy) Moment My Moment Mx

- 1 000 daN 1 250 daN 1 500 daN 7 000 daN.m 10 000 daN.m

2.2.1.5.5 Supports spéciaux (ancrage, zone d'appareils,...) 2.2.1.5.5.1 Ancrage

Effort vertical (Fz) Effort parallèle aux voies (Fx) Effort perpendiculaire aux voies (Fy) Moment My Moment Mx

- 1 500 daN 3 500 daN 1 000 daN 20 000 daN.m 3 000 daN.m

2.2.1.5.5.2 Zone d'appareils (latéral 1 voie)

Effort vertical (Fz) Effort parallèle aux voies (Fx) Effort perpendiculaire aux voies (Fy) Moment My Moment Mx

- 1 000 daN 0 daN 1 000 daN 0 daN.m 5 000 daN.m

Toutes ces sollicitations sont données en alignement droit pour une distance de 50 mètres entre supports, sauf prescriptions contraires du CCTP. Les sollicitations en courbes seront précisées, le cas échéant, dans le CCTP. La définition des tiges d’ancrage des supports de lignes aériennes dans les ouvrages nécessite une étude détaillée des efforts et moments dans chaque massif d’ancrage.

2.2.2 CHARGES D’EXPLOITATION TRAMWAY 2.2.2.1 Elément type tramway TFS Un élément type TFS comporte deux voitures articulées reposant sur trois bogies et répond aux données constructeur suivantes : Masse totale (8 pers / m²)

64,71 t

Masse portée par chacun des essieux porteurs B (8 pers / m²)

11,73 t

Masse portée par chacun des essieux moteurs A (8 pers / m²)

10,31 t

Longueur d'encombrement

29,40m

Largeur d'encombrement

2,30 m

Distance entre deux essieux d'un même bogie

1,90 m

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Distance entre deux bogies

11,30 m

Distance d'axe en axe des deux roues d'un même essieu

1,50 m

Accélération longitudinale

0,92 m/s2

Freinage longitudinal d’urgence

2,90 m/s2

Freinage longitudinal normal

1,20 m/s2

Jerk à l'accélération (variation d'accélération)

1,00 m/s3

Jerk au freinage (variation de décélération)

6,00 m/s3

Accélération transversale

1,25 m/s2

2.2.2.2 Schéma d'une rame « TFS » constituée de deux éléments

Profil

1,90 m

A 3,40 m

1,90 m

A

B

Coupe

1,90 m

B

11,30 m

A 11,30 m

1,90 m

AA 3,40 m

1,90 m

A

B 11,30 m

1,90 m

B

A 11,30 m

1,50 m

A 2,30 m

3,40 m

3,40 m

Figure 7 : Rame tramway à deux éléments « TFS »

Tableau des masses d’un élément « TFS » (Résultats obtenus sur la base de 53 places assises, un dégagement de 30 m² pour les personnes debout, et une masse moyenne de 70 kg par personne, conformément à la norme française NF F01-301 d’août 1988, §4331 & §4432).

Caractéristiques

Personnes Charge utile Charge Charge à l’essieu (en t) debout (en t) totale (en t) Moteur A Porteur B

A vide

0

0

44.20

7.29

7.52

Places assises saturées

0

3.71

47.91

7.84

8.28

4 personnes debout / m²

120

12.11

56.31

9.07

10.01

6 personnes debout / m²

180

16.31

60.51

9.69

10.87

8 personnes debout / m²

240

20.21

64.71

10.31

11.73

Tableau 1 : Charges pour 1 élément « TFS ».

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2.2.2.3 Elément type tramway CITADIS 302 Un élément type CITADIS 302 comporte deux voitures articulées reposant sur trois bogies et répond aux données constructeur suivantes : Masse totale (8 pers / m²) (en t)

65.83

Masse portée par chacun des essieux porteurs B (8 pers / m²) (en t)

11.51

Masse portée par chacun des essieux moteurs A (8 pers / m²) (en t)

10.70

Longueur d'encombrement ( m )

32.67

Largeur d'encombrement ( m )

2.40

Distance entre deux essieux d'un même bogie ( m )

1.60

Distance entre deux bogies ( m )

11.145

Distance d'axe en axe des deux roues d'un même essieu ( m )

1.50

Accélération longitudinale (m/s²)

1.2 max

Freinage longitudinal d’urgence (m/s²)

4 max

Freinage longitudinal normal (m/s²)

1.5 max

Jerk à l'accélération (variation d'accélération) (m/s3)

0.9 max

Jerk au freinage en FU(variation de décélération) (m/s3)

8 max

Accélération transversale (m/s²)

2.00

2.2.2.4 Schéma d'une rame Citadis 302 constituée de deux éléments

1,60

1,60

5,19

A

11,145

A

1,60

1,60

11,145

B

B

1,60

10,38

A

A

1,60

11,145

A

A

11,145

B

B

5,19

A

A

Figure 8 : Rame tramway à deux éléments « Citadis 302 »

Tableau des masses d’un élément « CITADIS 302 » Caractéristiques A vide

Personnes Charge utile Charge Charge à l’essieu (en t) debout (en t) totale (en t) Moteur A Porteur B 0

0.00

39.40

6.72

6.27

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0

4.48

43.88

7.42

7.11

4 personnes debout / m²

165

14.90

54.30

8.99

9.17

6 personnes debout / m²

247

20.66

60.06

9.85

10.34

8 personnes debout / m²

330

26.43

65.83

10.70

11.51

Places assises saturées

Tableau 2 : Charges pour 1 élément « CITADIS 302»

2.2.2.5 Définition du cas de charge type à considérer Deux rames chargées l’une derrière l’autre, distantes de X m. X (m) 050 m et la voie 2 ne comporte aucun tramway ; Combinaison n°2 : sur la voie 1, cas de charge type avec X≤50 m et la voie 2 ne comporte aucun tramway ; Combinaison n°3 : les voies 1 et 2 comportent le cas de charge type avec X>50 m ; Combinaison n°4 : la voie 1 comporte le cas de charge type avec X>50 m et la voie 2 comporte le cas de charge type avec X≤50 m ; Combinaison n°5 : les voies 1 et 2 comportent le cas de charge type avec X≤50 m ; La répartition des charges se fera toujours de façon à produire l’effet le plus défavorable.

2.2.2.7 Disposition des convois pour un ouvrage tramway Dans le sens transversal, on dispose sur la plate-forme, autant de convois que la plate-forme comporte de voies tramway, sauf prescriptions contraires du CCTP. Dans le sens longitudinal le nombre de rames est limité à deux, sauf prescriptions contraires du CCTP. La distance entre deux rames est précisée au §2.2.2.5

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2.2.2.8 Disposition des convois pour un ouvrage mixte Pour les ouvrages en exploitation mixte tramway + route : on charge la partie routière conformément au fascicule 61 titre II, et la partie tramway comme indiqué ci-dessus, sauf prescriptions contraires du CCTP. La répartition des charges se fera toujours de façon à produire l’effet le plus défavorable.

2.2.2.9 Coefficient de majoration dynamique Les charges du système tramway sont frappées de majorations dynamiques, et le coefficient de majoration applicable est déterminé par la formule :

δ= 1 +

0,4 + 1 + 0,2L

0,6 G 1+ 4 S

dans laquelle L représente la longueur de l'élément de pont considéré exprimé en mètres, G la charge permanente de l'élément et S la charge tramway maximale supportée par l'élément de pont.

2.2.2.10 Efforts de freinage et d'accélération

2.2.2.10.1 Efforts dus uniquement au tramway La combinaison suivante est à considérer : •

Freinage d'urgence (2.9 m/s² pour TFS ou 4 m/s² pour Citadis 302 ) d'un tramway en charge sur une voie auquel s’ajoute l’accélération (0,92 m/s² pour TFS ou 1,2 m/s² pour Citadis 302.) d'un tramway en charge sur l'autre voie.

•

Ces valeurs sont applicables dans la limite de deux voies de circulation par ouvrage, sauf prescriptions contraires du CCTP. Les efforts de freinage développés ne sont pas susceptibles de majoration pour effets dynamiques.

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2.2.2.10.2 Efforts dus au cumul des tramways et de la circulation routière Les deux combinaisons suivantes sont à considérer, sauf prescriptions contraires du CCTP : • Freinage correspondant à la charge routière Bc (30 t), auquel s’ajoute le freinage normal (1,2 m/s² pour TFS ou 1,5 m/s² pour citadis 302) d'un tramway en charge sur une voie, et l’accélération normale (0,92 m/s² pour TFS ou1,2 m/s² pour Citadis 302.) d'un tramway en charge sur l'autre voie. • Freinage correspondant à la charge routière A, auquel s’ajoute le freinage normal (1,2 m/s² pour TFS ou 1,5 m/s² pour citadis 302) d'un tramway en charge sur une voie, et l’accélération normale (0,92 m/s² ou 1,2 m/s² pour Citadis 302) d'un tramway en charge sur l'autre voie. Dans les deux cas, les efforts de freinage développés ne sont pas susceptibles de majoration pour effets dynamiques.

2.2.2.11 Forces centrifuges Quand la voie est en courbe sur toute ou partie de la longueur du pont, il y a lieu de prendre en compte la force centrifuge. Elle agit selon une direction horizontale, perpendiculairement à la voie. Elle est calculée selon les prescriptions suivantes : • Pour R ò 400 m, la force centrifuge est égale à la fraction suivante

50 du poids du convoi, où R, R

exprimé en mètre, est le rayon de l’axe du tracé de la voie sur le pont. • Pour R < 400 m, la force centrifuge maximale est égale au

125 . du poids appliqué au niveau des g

rails (au-delà il y a risque de déraillement). « g » représente l’accélération de la pesanteur, exprimé en m / s². Les effets des forces centrifuges ne sont pas cumulés avec ceux des efforts de freinage. Les efforts développés par la force centrifuge sont frappés de majoration pour effets dynamiques.

2.2.2.12 Charges locales Pour le calcul des effets locaux, on prendra : Sur la voie : l’effet d’un bogie de charge maximale 23t avec un entre axes d’essieu de 1.60m Sur la plate-forme : un effort ponctuel de 15t réparti sur une plaque de 0.30m x 0.30m correspondant à l’effort transmis par les vérins soulevant le matériel vide après un déraillement.

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2.2.2.13 Choc d'un tramway sur une pile A défaut d’estimation plus précise basée sur une analyse du risque, la règle forfaitaire suivante est appliquée : Le choc éventuel d’une rame sur une pile de pont est assimilé à une force horizontale appliquée à 1.50 m au-dessus du niveau de la chaussée ; à titre de simplification, il est admis que cette force est soit frontale, soit latérale. Les valeurs représentatives à prendre en compte sont les suivantes, sauf prescriptions contraires du CCTP : Pour une vitesse estimée du tramway à 60 km/h : 1500 kN, choc frontal (parallèle au sens de la circulation) ; 750 kN, choc latéral (perpendiculaire au sens de la circulation).

2.2.2.14 Chargement vertical sur les remblais Le chargement vertical pour les remblais sous voies est de 1000 kg/m² pour les charges d’exploitation, auxquelles on ajoutera la charge due à la plate-forme.

2.2.3 AUTRES CHARGES Pour les charges sur les trottoirs, les charges locales, les charges générales, les effets du vent, des séismes, les effets thermiques, les charges sur les garde-corps et dispositifs de retenue, il faut se référer aux réglementations en vigueur. NOTA : Le matériel dénommé TVR testé sur le "Site expérimental de Thiais" (Ligne bus Tvm) dans le Val de Marne et le TRANSLOHR mis en démonstration sur ce même site mettent en jeu des efforts bien moindres qu'un tramway et s’apparentent plus, à ce niveau, à des véhicules routiers type bus articulés PR 180 ou Agora long.

2.3 FLECHES Pour les ouvrages neufs, la conception et la réalisation des structures doivent satisfaires aux conditions suivantes : • La contre-flèche doit être toujours positive sous application des actions permanentes et de la moitié des actions variables d'exploitation ; • La variation de flèche sous application des actions variables doit être inférieure au 1/750ème de la portée, sauf prescriptions contraires du CCTP.

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2.4 VERIFICATIONS Dans le cas d’un ouvrage neuf, qu’il soit d’exploitation mixte ou uniquement tramway, il convient également de vérifier l’ouvrage comme s’il était destiné à une exploitation exclusivement routière.

2.5 REGLES

APPLICABLES

En fonction des prescriptions du CCTP, on utilisera les règles suivantes :

2.5.1 REGLES APPLICABLES AU CALCUL DES OUVRAGES EN BETON ARME • Fascicule 62, titre I, section I du CCTG « Règles techniques de conception et de calcul des ouvrages et constructions en béton armé suivant la méthode des états limites (BAEL 91) ». Les éléments en béton armé du tablier sont calculés dans l'hypothèse de la fissuration préjudiciable si rien n’est précisé dans le CCTP. • Eurocode 2 « Calcul des structures en béton » et Document d’Application Nationale Partie 1-1.

2.5.2 REGLES

APPLICABLES

AU

CALCUL

DES

OUVRAGES

EN

BETON

PRECONTRAINT

• Fascicule 62, titre I, section II du CCTG : « Règles techniques de conception et de calcul des ouvrages et constructions en béton précontraint suivant la méthode des états limites (BPEL 83) ». • Eurocode 2 « Calcul des structures en béton » et Document d’Application Nationale Partie 1-5.

2.5.3 REGLES APPLICABLES AU CALCUL DES OUVRAGES METALLIQUES • Fascicule 61, titre V, « Conception et calcul des ponts et constructions métalliques en acier ». • D.T.U. CM 66, « Règles de calcul des constructions en acier. Additif 1980 ». • Eurocode 3 « Calcul des structures métalliques » et Document d’Application Nationale Partie 1-1 et partie 1-2.

2.5.4 REGLES APPLICABLES AU CALCUL DES OUVRAGES MIXTES ACIER-BETON • CECM 1980 « Projet de code modèle pour les constructions mixtes ». • Circulaire 81-63 « Ponts mixtes ». • Eurocode 4 « Conception et dimensionnement des structures mixtes acier-béton » et Document d’Application Nationale Partie 1-1 et partie 1-2.

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