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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date装配式钢筋混凝土T型梁桥设计说明书装配式钢筋混凝土T型梁桥设计说明书装配式钢筋混凝土T型梁桥设计设计说明书1. 设计基本资料1桥梁横断面尺寸:净-9+21.00m。横断面布置见图1。图12可变荷载:公路-级,人群荷载2.5kN/m2,人行道+栏杆=5kN/m2。3永久荷载:桥面铺装层容重=23kN/m3。其他部分=25kN/m3。4材料:主筋采用级钢,其他用级钢,混凝
2、土标号C40。5桥梁纵断面尺寸:标准跨径 Lb=25m,计算跨径L=24.5m,桥梁全长L,=24.96m。纵断面布置见图2。图2 桥梁纵断面布置图(尺寸单位:cm)图3 T梁细部尺寸图(尺寸单位:cm)2. 行车道板计算中梁板按铰接悬臂板计算,边梁板按悬臂板来计算。注明:由于边梁主要承受自重和人群荷载,受力比梁中处小的多,故边梁可按中梁处的行车道板来配筋。2.1恒载及其内力桥面铺装为80mm的沥青混凝土面层和平均90mm厚的混凝土垫层1、每延米板条上恒载g的计算:沥青混凝土面层g:0.081.0231.84KN/mC40混凝土垫层g 2:0.091.0252.25 KN/mT梁翼板自重g 3
3、:1.0253.75 KN/m合计:g7.84KN/m表2-12、每米宽板条的恒载内力为:2.2汽车荷载产生的内力将车辆荷载的后轮作用于铰缝轴线上,后轴作用力标准值为P=140KN,后轮着地宽度为=0.60m,着地长度为=0.20m, 则:荷载对悬臂根部的有效分布宽度为(采用铰接悬臂法计算):单个车轮:0.54+1.5=2.04(m)1.4 m两个车轮:0.54+1.4+20.75=3.44(m) 由规范:汽车荷载的局部加载及在T梁、箱梁悬臂板上的冲击系数用0.3。作用于每米宽板条上的弯矩为:单个车轮: 两个车轮: 作用于每米宽板条上的剪力为:2.3荷载组合承载能力极限状态内力组合(用于验算强
4、度)2.4 配筋验算尺寸,承载力1) 基本参数:混凝土,级钢:,净保护层厚度:,悬臂根部高度为,板内钢筋取12。计算有效高度解出:2) 验算:3) 按第5.22条按间距配置每米板宽配筋4) 尺寸验算按第5.29条抗剪上限值:按第5.20条抗剪下限值:不需要进行斜截面抗剪承载力计算。5) 正截面承载力验算:承载力满足要求3. 荷载横向分布系数计算3.1杠杆原理法杠杆原理法:把横向结构视作在主梁上断开而简支在其上的简支梁。基本假设:忽略主梁之间横向结构的联系作用,横面板在主梁上断开。适用条件:荷载作用在靠近支点处时;横向联系很弱的无中间横隔梁的桥梁。(1)绘制1 2 3 4号梁荷载横向分布影响线,
5、如图5所示(2)求荷载横向分布系数1号梁:汽车荷载: 图5 杠杆原理法计算横向分布系数(尺寸单位:cm) 人群荷载:由此可得:1号梁在汽车荷载和人群荷载作用下的最不利横向分布系数分别为: 2号梁:同理2号梁的最不利荷载横向分布系数分别为:汽车荷载:. m=0.5 m=03号梁的最不利荷载横向分布系数分别为: m= 0.594 m=04号梁的最不利荷载横向分布系数分别为: m= 0.5 m=05、6、7号梁与3、2、1号梁对称,结果相同。3.2偏心压力法解:此桥在跨度内设有横隔梁,具有强大的横向连接刚性,荷载作用于跨中,且承重结构的长宽比为: =2.192故可按偏心压力法来绘制横向影响线并计算分
6、布系数本桥各根主梁的横截面均相等,n=7,主梁间距为1.6m,则=a=2(31.6)+2(21.6)+21.6+0 =68.82m1号梁=+=+=0.488=0.1892号梁:=3号梁:=4号梁:=图6 偏心压力法计算横向分布系数(尺寸单位:cm)人行道缘石至1号梁轴线的距离: 1号梁活载横向分布系数可计算如下:由和绘制1号梁横向影响线,如图6所示,图中按桥规规定确定了汽车荷载的最不利荷载位置,再由和计算横向影响线的零点位置。设零点至1号梁位的距离为X,则:解得X=6.82m零点位置已知后,就可求出相应于各个荷载位置的横向影响线竖标值。汽车荷载:m人群荷载:m=2号梁活载横向分布系数可计算如下
7、:由和绘制2号梁横向影响线,如图6所示,图中按桥规规定确定了汽车荷载的最不利荷载位置,再由和计算横向影响线的零点位置。设零点至2号梁位的距离为X,则:解得X=8.007 m。零点位置已知后,就可求出相应于各个荷载位置的横向影响线竖标值。汽车荷载:m人群荷载:m=3号梁活载横向分布系数可计算如下:由绘制3号梁横向影响线,如图6所示,图中按桥规规定确定了汽车荷载的最不利荷载位置,再由计算横向影响线的零点位置。设零点至3号梁位的距离为X,则:解得X=11.215 m。零点位置已知后,就可求出相应于各个荷载位置的横向影响线竖标值。汽车荷载:m人群荷载:m=4号梁活载横向分布系数可计算如下:由绘制4号梁
8、横向影响线,如图7所示,图中按桥规规定确定了汽车荷载的最不利荷载位置,再由计算横向影响线的零点位置。汽车荷载:m人群荷载:m=5、6、7号梁与3、2、1号梁对称,结果相同。3.3修正偏心压力法主梁抗扭刚度不是无穷大,不可以忽略,需考虑主梁抗扭刚度。解:(1)计算I和I翼板的换算平均高度:h=(100+180)2=140(mm)求主梁截面重心位置: a主梁抗扭惯矩:I= =1.8410主梁抗扭惯矩按式=查桥梁工程表5-3计算对于翼板:tb=1401600=0.092750.1 查表得 C=对于梁肋tb=180(1800-140)=0.120.1 查表并内插得 C=0.308.则 (2)计算抗扭修
9、正系数由表5-2知,n=7时,=1.021,并取G=0.425E=(3)计算横向影响线竖标值:1)对1号边梁考虑抗扭修正后的横向影响线竖标值为:=0.441=0.1382) 2号梁考虑抗扭修正后的横向影响线竖标值为:=0.342=0.0373) 3号梁考虑抗扭修正后的横向影响线竖标值为:=0.259=0.0534) 4号梁考虑抗扭修正后的横向影响线竖标值为:=0.150=0.150图7 修正偏心压力法计算横向分布系数 (尺寸单位:cm) (4)计算荷载横向分布系数各梁的横向影响线和布载图式如图7所示1) 1号梁汽车荷载:人群荷载:2) 2号梁 汽车荷载:人群荷载:3) 3号梁 汽车荷载:人群荷
10、载:4) 4号梁汽车荷载:人群荷载:5、6、7号梁与3、2、1号梁对称,结果相同。3.4铰接梁法横向铰接板(梁)法:把相邻板(梁)之间视为铰接,只传递剪力。基本假定:竖向荷载作用下接合缝内只传递竖向剪力采用半波正弦荷载来分析跨中荷载横向分布的规律。解:(1)计算梁截面的I抗弯惯矩(2) 计算梁截面的抗扭惯矩偏心距e = 596 mm(3) 计算刚度参数 因此,可忽略不计,按铰接板法计算。(4) 计算跨中荷载横向分布影响线从附录I铰梁荷载横向分布影响线竖标表中,在=0.400.60之间按直线内插法求得= 0.550 的影响线竖标值,和,。计算见下表4-1荷载竖标值(i号板荷载作用位置)板号123
11、4567ij10.4625291651531010000.66822773541009990.550667.25280.542.56.751.50.25010001234567ij20.429139924054123110000.6277440246314109990.55028142924437142010071234567ij30.465240388237531239980.635246437246314110000.55043244424244376210001234567ij40.4155423738723754159990.64312464362463149980.550737244
12、4232443771012将表中,和,之值按一定比例尺绘于各号梁的轴线下方,连接成光滑的曲线后,就得各梁的荷载横向分布影响线,如图8所示。图8铰接梁法计算横向分布系数 (尺寸单位:cm) (5) 计算荷载横向分布系数按桥规规定沿横向确定最不利荷载位置后,就可以计算跨中荷载横向分布系数,计算过程如下:1)1号梁:汽车荷载: 人群荷载:2)2号梁:汽车荷载:人群荷载:3)3号梁:汽车荷载:人群荷载:4)4号梁:汽车荷载:人群荷载:3.5 G-M法比拟正交异性板法:将主梁和横隔梁的刚度换算成两向刚度不同的比拟弹性平板来求解。解:(1)计算几何特性1) 主梁抗弯惯矩:2) 主梁的比拟宽度抗弯惯矩:3)
13、 横隔梁抗弯惯矩每根横隔梁的尺寸如图所示,确定翼板的有效宽度,横隔梁的长度取两根边主梁的轴线距离,即 横隔梁截面重心位置:横隔梁抗弯惯矩为: 横隔梁比拟单宽抗弯惯矩为:4) 主梁和横隔梁的抗扭惯矩对于T梁翼板刚性连接的情况,应由式5-54来计算抗扭惯矩。 对于主梁梁肋: 主梁翼板的平均厚度 查表5-3,得则 对于横隔梁梁肋:1查表得:,得08则所以:(2) 计算参数和式中B为桥梁承重结构的半宽,=5600(3) 计算各主梁横向影响线坐标由,查桥梁设计手册G-M法计算图表得和的值,见下表(表5-1)系数梁位荷载位置校核B3B/4B/2B/40-B/4-B/2-3B/4-BK 100.930.97
14、1.001.051.081.001.000.970.938.05B/41.071.071.061.061.040.980.940.880.827.98B/21.241.181.161.091.010.940.830.790.687.963B/41.481.381.251.050.980.890.760.780.688.13B1.791.511.231.070.880.790.680.640.537.96K O00.810.891.001.121.191.121.000.890.818.02B/41.641.501.321.241.080.890.620.410.197.97B/22.492.1
15、61.811.431.010.680.27-0.23-0.578.023B/43.412.732.201.570.890.41-0.18-0.57-1.078.09B4.033.352.361.590.730.13-0.57-1.07-1.617.84校核在范围内,满足要求。用内插法求实际梁位处的和值,实际梁位与表列梁位的关系如图所示。对于号梁:对于号梁:对于号梁:对于号梁:现将号梁横向影响线坐标值计算,见下表5-1梁号算式荷载位置B3B/4B/2B/40-B/4-B/2-3B/4-B1号梁16291.4371.2601.0690.9400.8370.7330.6990.5963.6803.2
16、671.5471.5770.8190.274-0.322-0.765-1.286-2.052-1.569-1.007-0.4790.1210.5631.0541.4631.882)-0.381-0.169-0.114-0.053-0.0010.0550.1180.1660.3153.3372.7432.0991.4670.8390.368-0.145-0.520-0.9710.4770.3920.3000.2100.1200.053-0.036-0.021-0.1392号梁1.3221.2541.1811.0740.9910.9160.8300.7710.6672.7602.3191.9121
17、.4360.9630.5900.136-0.307-0.693-1.439-1.064-0.730-0.3610.02910.3260.6941.0791.360-0.241-0.178-0.122-0.0610.0050.0550.1160.1810.2282.5192.1411.7891.3750.9680.6440.252-0.127-0.4650.3600.2560.2560.1960.1380.0920.036-0.018-0.0663号梁1.1041.0971.0711.0431.0090.9810.9190.8570.8071.7721.6021.4141.2731.0600.8
18、500.5590.3040.076-0.667-0.504-0.333-0.201-0.0170.1310.3600.5530.732-0.112-0.084-0.056-0.034-0.0030.0220.0600.0930.1221.6601.5171.3591.2391.0570.8720.6190.3970.1980.2370.2170.1940.1770.1510.1250.0880.0570.0284号梁0.9300.9701.0001.0501.0801.0001.0501.0000.9300.8100.8901.0001.1201.1901.1201.0000.8900.810
19、0.1200.0800.000-0.070-0.110-0.0700.0000.0800.1200.0200.0130.000-0.012-0.018-0.0120.0000.0130.0200.8300.9031.0001.1081.1721.1081.0000.9030.8300.1190.1290.1430.1580.1670.1430.1580.1430.119在影响线上按横向最不利位置布载,就可按相对应的影响线坐标值求得主梁的荷载横向分布系数。(如图)图9 G-M法计算横向分布系数 (尺寸单位:cm) 对于号梁:汽车荷载:人群荷载:对于号梁:汽车荷载:人群荷载:对于号梁:汽车荷载:人
20、群荷载:对于号梁:汽车荷载:人群荷载:5、6、7号梁与3、2、1号梁对称,结果相同。3.6荷载横向分布系数汇总荷载类型杠杆偏心修偏铰接梁GM1Mq0.2500.4880.4750.3190.475Mr1.1250.4770.4490.7150.4532Mq0.5000.4240.4130.4140.406Mr00.3660.3470.2630.3373Mq0.5940.3550.3500.4870.352Mr00.2540.2450.0680.2284Mq0.5000.4290.4290.5020.301Mr00.1500.1500.0100.1235、6、7号梁与3、2、1号梁对称,结果相同
21、。4. 主梁内力计算4.1恒载内力计算(1)计算恒载集度主梁:横隔梁:边主梁:中主梁:桥面铺装: 恒载集度表 表6-1一期荷载主梁自重边主梁中主梁横隔梁折算荷载边主梁中主梁二期荷载桥面铺装层栏杆和人行道板总计边主梁中主梁(2)恒载内力计算(见表6)恒载内力计算表 表6-2 内力截面位置边主梁中主梁弯矩剪力弯矩剪力x=0(支点)0311.960313.14x=l/2(跨中)2300.7202309.4304.2活载内力计算(1)计算1号梁的跨中弯矩和剪力及效应组合梁号荷载位置公路级人群荷载备注 1跨中0.4750.449按“修偏法”计算边跨0.2501.125按“杠杆法”计算(2)计算公路级荷载
22、的跨中弯矩简支梁桥的基频:其中公路级荷载:(3)计算人群荷载跨中弯矩:(4)计算跨中截面车道活载最大剪力鉴于跨中剪力影响线的较大坐标位于跨中部分,故也可采用全跨统一的荷载横向系数。的影响线面积:故得计算跨中截面人群荷载最大剪力作为荷载横向分布系数沿桥跨方向变化图形和支点影响线根据分布变化区段长度:对应支点剪力影响线的荷载位置 附加三角形荷载重心影响线坐标为:且因此, 故公路级荷载支点剪力为:人群荷载的横向分布系数如下图所示 计算2号梁的跨中弯矩和剪力及效应组合梁号荷载位置公路级人群荷载备注 2跨中0.4130.437按“修偏法”计算边跨0.5000按“杠杆法”计算跨中活载最大剪力: 支点截面车
23、道荷载最大剪力 故公路级荷载支点剪力为:支点处人群荷载最大剪力作计算3号梁的跨中弯矩和剪力及效应组合梁号荷载位置公路级人群荷载备注 3跨中0.3500.245按“修偏法”计算边跨0.3940按“杠杆法”计算:跨中活载最大剪力: 支点截面车道荷载最大剪力 故公路级荷载支点剪力为:支点处人群荷载最大剪力计算4号梁的跨中弯矩和剪力及效应组合梁号荷载位置公路级人群荷载备注 4跨中0.4290.143按“修偏法”计算边跨0.5000按“杠杆法”计算跨中活载最大剪力: 支点截面车道荷载最大剪力 故公路级荷载支点剪力为:支点处人群荷载最大剪力主梁内力汇总表梁号荷载类型支点最大剪力(跨 中最大弯矩最大剪力(1
24、汽车141.261342.0286.40人群23.99122.114.142汽车207.771166.8575.12人群8.9894.373.203汽车66.09988.8663.66人群6.3466.632.264汽车209.311212.0678.03人群3.7038.891.325、6、7号梁与3、2、1号梁对称,结果相同。4.3荷载效应组合梁 号跨 中支 座最大弯矩最大剪力(最大剪力(14776.45125.60598.9824510.60108.75676.7034230.3491.66615.3944511.7611.07673.015、6、7号梁与3、2、1号梁对称,结果相同。5
25、. 钢筋配置及验算用于单梁计算5.1 纵向受拉钢筋的配置单梁纵筋:,可先假设,再验算。5.2 正截面抗弯承载力验算梁体混凝土,级钢:T型截面翼缘有效宽度全桥宽度由边主梁控制设计并取较小值混凝土受压面积:该值小于翼缘有效宽度板厚=1600150=240000则受压区高度限于顶板内,其高度为:截面抗弯力矩验算正截面符合要求。5.3 弯筋和箍筋的配置根据D62第5.2.11 钢筋混凝土矩形、T 形和工字型截面的受弯构件,斜截面抗剪承载力配筋按下列步骤进行计算和配置:(1) 取离支点 h/2 处的剪力设计值 ,并将其分为两部分,其中不少于60%由砼和钢筋共同承担;不多于40%由弯起钢筋承担。支点剪力设
26、计值:跨中剪力设计值:自支点至跨中剪力递减坡度:离支点处剪力设计值:(2)根据D62第5.2.10 构造配筋的剪力设计值的限值为: 剪力设计值小于或等于271.26KN时,可按构造配筋。构造配筋长度可用下式计算: (3) 设支点由砼和钢筋共同承担的剪力设计值,按80%取用,其值为:在支点由弯起钢筋承担的剪力设计值,按20%取用,其值为:(5)按D62第5.2.11 计算箍筋间距:箍筋采用双肢箍箍筋间距取200mm,但按第9.3.13条规定,在支座中心向跨径方向长度相当于不小于一倍梁高范围内,箍筋间距不应大于100mm。离支点剪力设计值为:取P=2.5取箍筋间距为:300mm(6)按D62第5.
27、2.11 计算各排弯起钢筋截面面积:1)第一排弯起钢筋截面面积,取距支座中心处,应由弯起钢筋承担那部分剪力设计值由于纵筋,提供2)计算第二排弯起钢筋,应取第一排弯起钢筋起弯点处即距离支座 中心:(其中44为架立钢筋的净保护层厚度,22.7为架立钢筋的外径,30为纵向钢筋的保护层厚度,35.8为纵向钢筋的外径)。应由弯起钢筋承担的那部分剪力组合设计值第二排弯起钢筋截面面积:由于纵筋,提供3)计算第三排弯起钢筋,应取第一排弯起钢筋起弯点处即距离支座中心:应由弯起钢筋承担的那部分剪力组合设计值由于纵筋,提供4)计算第四排弯起钢筋,应取第三排弯起钢筋起弯点处即距离支座中心:应由弯起钢筋承担的那部分剪力
28、组合设计值应由弯起钢筋承担的那部分剪力组合设计值故不需要设弯起钢筋,但实际仍需设。按D62第9.3.11条 受拉区弯起钢筋的弯起点,应设在按正截面抗弯承载力计算充分利用该钢筋强度截面以外不应小于 处;同时,弯起钢筋可在按正截面受弯承载力不需要该钢筋截面面积之前弯起,但弯起钢筋与梁中心线的交点应位于按计算不需要该钢筋的截面之外。按D62第9.3.11条,箍筋布置如下:a)自支点一倍梁高范围内,间距为100mm; b)自一倍梁高长度处至第三排斜钢筋下端处,间距为200mm;c)其他梁段箍筋间距为300mm。5.4 斜截面抗剪承载力验算求解: 验算斜截面抗剪承载力 计算截面: 取距支点 h/2 梁段
29、截面(为例)(1)在内力包络图上查找计算截面的内力在此截面上,剪力和弯矩设计值为:与假设很接近,一下采用。(2)验算截面尺寸根据D62第5.2.9 T 形截面的受弯构件,其抗剪截面应符合下列要求:可见,截面尺寸符合规定。3)判断是否需要进行斜截面抗剪承载力的验算根据D62第5.2.10 T 形截面的受弯构件,当符合下列条件时:可不进行斜截面抗剪承载力的验算,仅须按第9.3.13条构造要求配置箍筋。可见,不符合规定,需要验算抗剪承载力(4)进行斜截面抗剪承载力的验算在斜截面内,箍筋采用双肢箍在距离支点一倍梁高范围内,采用间距为100mm按第9.3.1规定,HRB330钢筋含箍率不应小于0.18%
30、而现符合规定。在c 长度内有一排弯起钢筋,于是,有:所以,距支座h/2斜截面抗剪承载力符合规定。6. 变形验算6.1 裂缝宽度验算(1)验算裂缝宽度纵向受拉钢筋的配筋率:纵向钢筋直径:作用效用短期(和长期)效应组合弯矩设计值于是,作用短期组合钢筋应力:作用长期效用钢筋应力:根据第6. 4. 2条,钢筋砼构件,类和环境的裂缝宽度限值为0.2mm。符合规定。6.2挠度验算钢筋混凝土受弯构件的刚度为:全截面换算截面重心轴以上(或以下)部分面积对重心轴面积距,计算如下:全截面换算截面对重心轴惯性矩全截面换算对重心轴惯性矩: 全截面换算截面抗裂边缘弹性抵抗矩:开裂截面换算截面惯性矩:作用效应组合弯矩设计
31、值:所以:计算跨径:24.5m,几经计算数据有:自重弯矩公路级人群荷载挠度计算采用荷载效应短期组合跨中挠度计算如下:自重挠度:汽车荷载挠度:人群荷载挠度:挠度长期增长系数:消除结构自重的长期挠度最大值:按D626.5.3条规定,钢筋混凝土受弯构件在消除结构自重产生的长期挠度后梁式桥主梁的最大挠度处不应超过计算跨径的1/600;所以挠度符合规定。6.3预拱度计算由挠度计算可知(计入自重时,考虑长期因素作用 )则需要进行预拱度的计算,但要设预应力钢筋。7. 支座设计与计算承受剪力最大的2号梁的指点反力为:横载:汽车荷载:人群荷载:则按承载力极限状态设计时,永久作用与可变作用设计值效应的基本组合下,
32、其反力为:7.1确定支座平面尺寸选定板式橡胶支座的平面尺寸为a=30cm,b=18cm的矩形。局部承压条件为:式子中,C40的=18.4Mpa,=3018=540,=5402(1318)=1008,则=1.366,即可得到计算支座的平面形状系数S,采用中间层橡胶片的厚度t=0.5cm,则 形状系数:故可以得到橡胶支座的平面容许压应力为,并且可以求得橡胶支座的弹性模量为: 按弹性理论验算橡胶支座的水平压力,则(满足要求)7.2确定支座的厚度主梁的计算温差,温度变形由两端支座均摊,则每一支座的水平位移为:为了计算活载动力的水平位移,首先要确定作用在每一支座上的制动力:一个车道上的制动力为:如果按车
33、辆荷载计算,则为:55010%=55kN,公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)规定公路级汽车荷载的制动力标准值不得小于165kN,因此七根梁共14个支座,每一个支座承受的水平力。因此,可以计算得出需要的橡胶片的总厚度:则根据公路钢筋混凝土及预应力桥涵设计规范(JTG D60-2004)规定:。根据计算及相应的规范要求选用6层钢板和7层橡胶板组成的支座,上、下层橡胶片厚0.25cm,中间层厚0.5cm,薄钢板厚0.2cm,则橡胶片总厚度为。支座总厚度:(满足要求)7.3验算支座偏转情况支座的平均压缩变形为:按根据公路钢筋混凝土及预应力桥涵设计规范(JTG D62-2004)规定,尚应
34、满足,即:(满足要求)计算梁端转角:有公式:和可得:主梁处于水平状态,而已知公路-级荷载下的中梁挠度f=2.077cm,代入公式即可得到:则根据公式 即:0.047cm(满足要求)7.4验算支座的抗滑稳定性已知横载支点反力为确定汽车横载引起的最小支承反力,按公路桥涵设计通用规范(JTG D62-2004)规定为:又因为,则计算温度变化引起的水平力:,最后验算支座的抗滑稳定性;以及(满足要求)。结果表明支座不会发生相对移动。故矩形板式橡胶支座几何尺寸为:300mm180mm42mm板式橡胶桥梁支座规格目录表:(短边长边厚度)单位mm序号规格序号规格序号规格序号规格序号规格110015014241
35、5020049471802002170240350359325035035210015021251502501448180200287124035042942503504231002001426150250214918020035722403504995250350494100200212715025028501802004273240350569625035056510020028281502503551180260427424040014972503506361202502129150250425218026048752404002198250350707120140143015030014531802605676240400289925035077812014021311503002154180302357724050014100250600429120140353215030028551803004278240500