桥梁工程课程设计跨径15m净14215装配式钢筋混凝土T梁桥主梁设计A

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1、目录一 、基本资料 .11.1 简支 T 形梁桥上部构造11.2 材料 :11.3 标准作用(荷载)2二 、设计依据 .2三 、设计要求 .2四 、设计内容: .2五、荷载效应及组合.35.1 承载能力极限状态计算时作用效应组合35.2 正常使用极限状态计算时作用效应组合3六、持久状况正截面抗弯承载能力的计算及复核56.1 正截面设计56.2 确定 T 形截面有效宽度56.3 正截面复核5七、持久状况斜截面抗剪承载能力的计算.77.1 斜截面抗剪77.2 斜截面抗弯设计87.3斜截面抗剪承载力复核11八、持久状况正常使用裂缝宽度挠度验算.148.1 裂缝宽度验算148.2 挠度的验算14九、短

2、暂状况(施工安装)应力验算及(吊钩设计)189.1 计算弯矩和剪力189.2 正截面应力验算18十、主梁材料用量统计计算.20课程设计任务书20122013学年第一 学期土木工程系专业班级课程设计名称:结构设计原理课程设计设计题目:跨径15m 净14+2 1.5装配 式钢筋混凝土T 梁桥主梁设计A完成期限:自2012 年12 月27 日至2013 年1 月5 日共1.5 周设计依据、要求及主要内容:一 、基本资料1.1 简支T 形梁桥上部构造标准跨径15m。主梁计算跨径l=14.50m,主梁全长桥面宽14.96m14+2x1.5mT 形梁桥的上部结构如图T 形梁桥的上部结构图 (尺寸单位:mm

3、)1.2 材料 :编号混凝土强度等级主筋级别箍筋级别环境类别安全等级AC25HRB335R235I 类二级BC30HRB335R235I 类一级CC35HRB400HRB335类二级DC40HRB400HRB335类一级1.3 标准作用(荷载)作用 ( 荷载 ) 标准值表作用位置剪力( kN)弯矩( kN.m)荷载种类V0( 支点 )V1/2 ( 跨中 )M1/2 ( 跨中 )M1/4 (1/4 跨径 )恒载145.28510.25383.50车辆荷载165.0038.50740.00556.50人群荷载43.354.2056.0044.50注:车辆荷载未计入冲击系数, 1+=1.21二 、设

4、计依据公路桥涵设计通用规范JTG D60-2004人民交通出版社2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D62-2004人民交通出版社钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计原理,张树仁,人民交通出版社 2004结构设计原理 ,叶见曙,人民交通出版社,2006公路桥涵钢筋混凝土受弯构件的计算,李美东,中国水利水电出版社2006道路工程制图标准GB 50162-92中国计划出版社公路桥涵标准图三 、设计要求1. 在教师的指导下,学生应独立完成设计内容。2. 结构设计说明书,要求书写工整、清晰、准确。3. 说明书要严格按照教务处下发的天津城建学院课程设计说明书规范书写。各计算应写明计算

5、的依据、目的及过程。4. 绘制钢筋混凝土简支梁配筋施工图,要求绘图正确、清晰、符合桥梁设计规范制图标准。四 、设计内容:1、 根据设计资料,确定荷载效应及组合。2、 持久状况正截面抗弯承载能力的计算及复核3、 持久状况斜截面抗剪承载能力的计算4、 持久状况斜截面抗剪承载力、抗弯承载力和全梁承载力校核5、 持久状况正常使用裂缝宽度验算6、 持久状况正常使用变形验算7、 钢筋混凝土简支梁短暂状况(施工安装)应力验算及( 吊钩设计 )8、 主梁材料用量统计计算9、 绘制钢筋混凝土简支梁配筋施工图,编制钢筋和混凝土材料用表指导教师:教研室主任:批准日期: 2012 年 12月 14 日五、荷载效应及组

6、合5.1 承载能力极限状态计算时作用效应组合钢筋混凝土简支梁按结构的安全等级为二级,取结构重要性系数为 0=1.0 ,因恒载时作用效应对结构承载力最不利,故取永久作用效应分项系数G1=1.2 。汽车荷载效应的分项系数 Q1=1.4 ,本组合为永久作用、汽车载荷和人群载荷组合,故人群载荷的组合系数为 C=0.80 。除汽车外的其他j 个可变作用效应的分项系数Qj =1.4 。按承载能力极限状态设计时作用效应值基本组合的设计值为: 0 Ml/2,d = 0 ( GiSGik + Q1SQ1k+ C QjSQjk )=1.0 (1.2 510.25+1.4 895.4+0.80 1.4 56)=19

7、28.58 kN.m 0 Ml/4,d = 0 ( Gi SGik + Q1SQ1k+C Qj SQjk )=1.0 (1.2 383.50+1.4 673.365+0.80 1.4 44.50 )=1452.751 kN.m 0 V0,d = 0 ( GiSGik + Q1SQ1k+ C QjSQjk )=1.0 (1.2 145.28+1.4 199.65+0.80 1.4 43.35 )=502.398 kN 0Vl/2,d =0 ( GiSGik + Q1SQ1k+ C Qj SQjk )=1.0 (1.2 0+1.4 46.585+0.80 1.4 4.20 )=69.923 kN.

8、m5.2 正常使用极限状态计算时作用效应组合作用短期效应组合汽车载荷作用效应的频遇值洗漱11 =0.7 ,人群荷载作用效应的频遇值系数 12=1.0 ,不计冲击系数的汽车荷载弯矩标准值ML/2,ML/4 ,Q1k,VL/2 ,Q1k=38.50 kN , V0 , Q1k=165.00kNML/2 , sd=MGik+ 11MQ1k+ 12MQ2k=510.25+0.7 740.00+1.0 56.00ML/4 ,sd =MGik+ 11MQ1k+ 12MQ2k=383.50+0.7 556.50+1.0 44.50VL/2 ,sd =VGik +11VQ1k+ 12VQ2k=0+0.7 38

9、.5+1.0 4.2=31.15KNV0, sd=VGik + 11VQ1k+ 12VQ2k=145.28+0.7 165.00+1.0=304.13KN43.35作用长期效应组合不计冲击系数的汽车荷载弯矩标准值ML/2,Q1k, ML/4,Q1k, VL/2,Q1k =38.50 kN ,V0,Q1k=165.00kN ,汽车作用的准永久值系数 21=0.4 ,人群载荷作用效应的准永久值系数 22=0.4 ,则ML/2 , ld=MGik +21MQ1k+ 22MQ2K=510.25+0.4 740.00+0.4 56.00ML/4 ,ld =MGik +21MQ1k+22 MQ2K=383

10、.50+0.4 556.50+0.4 44.50=623.9KNVL/2 ,ld =VGik +21VQ1k+22 VQ2K=0+0.438.50+0.4 4.20=17.08KNV0, ld =VGik + 21VQ1k+ 22VQ2K=145.28+0.4 165.00+0.4 43.35=228.62KN六、持久状况正截面抗弯承载能力的计算及复核6.1 正截面设计预制钢筋混凝土简支梁截面高度h=1.30m,C25 混凝土, HRB335钢筋, I 类环境,安全等级为二级,跨中截面弯矩组合设计值Md=1928.25KN, 查附表得f cd=11.5MPa,f td =1.23MPa, f

11、sd=280MPa, 0=1.06.2 确定 T 形截面有效宽度( 1)跨径的 1/3: 14500 1 =4830mm3( 2)相邻两梁的平均间距: 2200mm( 3)b+2hn+12hf =200+20+12 110=1520mm取最小值,故bf =1520mm1) 采用焊接钢筋骨架,设 as =30+0.07h=30+0.07 1300=121mm,则截面有效高度 h0=1300-121=1179mm2) 判定 T 形截面类型由 f bh(h-hf/2) =11.51520 110( 1179-110/2 )cd ff0=2843.72 kN.m M( =1928.58kN.m )故属

12、于第一类T 形截面。3) 受压区高度由 M=fcd b f x( h0-x/2 )可得61928.58 10 =11.5 1520( 1179-x/2 )解方程得合适解x=98mmd=32mm,及规定的 30mm。钢筋横向净距Sn=200-35 2-35.8 2=5840mm及 1.25d=1.25 32=40mm。满足构造要求。6.3正截面复核已设计的受拉钢筋为 6225 的面积为2即32 面积为 4826mm, 41964mm, f sd =280Mpa则可得 asa s = 4826(351.535.8) 1964 (35 335.8 28.4) =112mm48261964则实际有效高

13、度h0=1300-112=1188mm1)判定 T 形截面类型fb =11.5 1520 110hcd ff=1.92 kN.mf sdAs=280 (4826+1964 )=1.90 kN.m因为 f cdbf hf f sdAs 故为第一类T 形截面求受压区高度x由 f cd bf x=f sdAs得 x=f sdAs/ ( f cdbf ) = 2806790f 11.51520=108mm1928.58 kN.m又s=6790 =A /bh 0200=2.8% min=0.2%1188故截面复核满足要求。七、持久状况斜截面抗剪承载能力的计算7.1 斜截面抗剪斜截面抗剪设计(1) 腹筋设

14、计根据构造要求, 梁最底层钢筋 232 通过支座截面, 支点截面的有效高度 ho=h-(35+35.8/2)=1247mm0.51 10-3 fcu , k bh =0.51 10-3 30 200 12470=635.97 kN V( =502.398 kN )0 d,0截面尺寸符合设计要求。(2)检查是否要根据计算配置箍紧跨中截面:(0.510-3 ) f td bh0=(0.5 10-3 ) 1.23 2001188=146.12 kN支座截面:( 0.5 10-3 ) f td bh0=(0.5 10-3 ) 1.23 200 1247=153.38 kN 因 0Vd,l/2 ( =6

15、9.923 kN ) ( 0.5 10-3 ) f td bh02.5 ,取 pl/2=2.5 , h=1188mm0支点截面: p016080.64h 0=1247mm2001001247则平均值分别为p2.50.64 1.57 ;118812472h01218mm222(0.56106)(20.6P)2Sv13fcu, k Asv f svbh0(0Vd ) 2= 11.12(0.5610 6)(2 0.61.57) 25100.6 195 20012182270mm463.622取 Sv=250mm h/2=650mm 及 400mm,是满足规范要求的。但采用直径8mm的双肢箍筋,箍筋配

16、筋率,svAsv100.60.2% 0.18% , 故满足规范规定。Ssv200250综上所述计算,在支座中心向跨径长度方向的1300mm范围内,设计箍筋间距Sv=100mm;尔后至跨中截面统一的箍筋间距取Sv =250mm。7.2 斜截面抗弯设计弯起钢筋及斜筋设计设焊接钢筋骨架的架立钢筋(HRB335)为22,钢筋重心至梁受压翼板上边缘距离as =56mm。弯起钢筋的弯起角度为450,弯起钢筋末端与架立钢筋焊接。根据公路桥规规定,简支梁的第一排弯起钢筋(対支座而言)的末端弯折点应位于支座中心界面处。这时h1 为h11300(3535.81.5)(4325.135.80.25)1125mm弯起

17、钢筋的弯起角为45 o,则第一排弯筋 (2N4)的弯起点1 距支座中心距离为1125mm,弯筋与梁纵轴线交点 11 距支座中心距离为 1125 1300(3535.8 1.5) 564mm2对于第二排弯起钢筋:h21300(3535.82.5)(4325.135.80.25)1090mm弯起钢筋( 2N3)的弯起点2 距支座中心距离为1125h2112510902215mm分配给第二排弯起钢筋的计算剪力值Vsb2 ,由比例关系计算可得到43156501125Vsb24315185.45Vsb2 165.04kN 所需要提供的弯起钢筋截面面积Asb2 为Asb21333.33Vsb21333.3

18、3165.041112mm2f sdSin452800.707第二排弯起钢筋与梁轴线交点21 距支座中心距离为22151300(3535.82.5)1690mm28.4)2第三排弯起钢筋:h31300(35 35.8 3(4325.135.80.25)1057mm2弯起钢筋( 2N2)的弯起点2 距支座中心距离为2215h322151057 3272 mm(43156502215)185.45118.19kNVsb34315Asb31333.33Vsb31333.33118.19796mm2f sdSin452800.707第三排弯起钢筋与梁轴线交点31 距支座中心距离为32721300(35

19、35.8328.4)2779mm22第四排弯起钢筋:h41300 (3535.8328.4 1.5) (43 25.1 35.80.25)1029mm弯起钢筋( 2N1)的弯起点3 距支座中心距离为3272h432721029 4301mm弯起点hi ( mm)距支座中心距离Xi ( mm)分配的计算剪力值sbiV (KN)需要的弯矩面积 A2(mm)sbi可提供的弯矩面积A(mm)sbi2弯矩与梁轴交点到支座中心距离Xc( mm)弯起钢筋计算表123411251090105710241125221532724301185.45165.04118.19124911127961609160998

20、2982(2 32)(2 32)(2 25)(2 25)564169027793822由于 N2 的弯起点距支座中心距离为4301mm,已大于 3109+h/2=3109+650=3759mm,实际工程中, 不截断而是弯起。现在同时满足梁跨间各正截面和斜截面抗弯要求,确定弯起钢筋的各弯起点位置。由已知跨中截面弯矩计算值Ml/2 = 0Md,l/2 =1928.58 kN.m ,支点处 M0= 0Md, 0=0,做出梁的弯矩包络图如下。各排钢筋弯起后,相应正截面抗弯承载力M 计算如下表。ui梁区段截面纵筋有效高度T 形截面类型受压区高抗弯承载力 Muh0(mm)度 X(mm)(kN.m)支点中心

21、 -1 点2321247第一类26555.71点-2点4321229第一类521083.82点-3点6321211第一类771584.23点-N1 点632+2251200第一类931875.8N1-梁跨中632+4251188第一类1082155.2第一排弯起钢筋(2N4):其充分利用点 “ L”的横坐标 x=4798mm,而 2N4 的弯起点 1 的横坐标 x1=7250-1125=6125mm,说明 1 点位于 L 点左边,且x1-x (=6125-4798=1327mm) h0/2 (=1229/2=614.5mm)满足要求。其 不 需 要 点m 的 横 坐 标x=6117mmm, 而

22、2N4 钢 筋 与 梁 中 轴 线 交 点1 的 横 坐 标x1 ( =7250-564=6686mm)x( =4798mm) , 亦满足要求。第二排弯起钢筋( 2N4):其充分利用点 “ k”的横坐标 x=3064mm,而 2N3的弯起点 2 的横坐标 x2=7250-2215=5035x(=3064mm) ,说明 2 点位于 L 点左边,且x2-x (=5035-3064=1917mm) h0/2 (=1211/2=606mm)满足要求。其 不 需 要 点j的 横 坐 标x=1199mmm, 而2N3 钢 筋 与 梁 中 轴 线 交 点2 的 横 坐 标x2 ( =7250-1690=55

23、60mm) x( =1199mm)故满足要求。第三排弯起钢筋( 2N3):其 充 分 利 用 点 “ j” 的 横 坐 标x=1199mm, 而2N2的 弯 起 点3的 横 坐 标x3=7250-3272=3978mmx(=1199mm),说明 3 点位于 k 点左边,且X3-x (=3978-1199=2779mm) h0/2 (=1200/2=600mm)满足要求。其不需要点 i 的横坐标 x=0mmm,而 2N2钢筋与梁中轴线交点3的横坐标 x3( =7250-2779=4471mm)x( =0mm)故满足要求。由上述检查结果可知上图所示弯起钢筋弯起点初步位置满足要求。7.3斜截面抗剪承

24、载力复核1 )选定斜截面顶端位置由上图可得距支座中心线 h/2 处截面的横坐标为 x=7250-650=6600mm,正截面有效高度 h0=1247mm。现 取 投 影 长 度 c h0=1247mm, 则 得 到 选 择 的 斜 截 面 顶 端 位 置 A 如 下 图 所 示 , 其 坐 标 为x=6600-1247=5353mm。2 )斜截面抗剪承载力复核A 处正截面上的剪力Vx 及相应的弯矩Mx 计算如下:Vx Vl(V0Vl) 2x69.923(502.398 69.923)2 5353389.24kN22L14500M xM l4x21928.58453532(12 )(12 ) 8

25、77.21kN m2L14500A 处正截面有效高度h =1229mm=1.299m(主筋为4 32)则实际广义剪跨比m及斜截面投影长度c 分别0为:M x877.21m1.83 3Vx ho389.24 1.229c=0.6mh0=0.6 1.83 1.229=1.349m1.247m将要复核的斜截面如上图所示中AA斜截面,斜角 =tan-1 ( h0/c ) =tan-1 ( 1.229/1.349 ) 42.30斜截面内纵向受拉主筋有232( 2N5),相应的主筋配筋率p 为P=100 As=1001608=0.64 min( =0.18%)bSv200250与斜截面相交的弯起钢筋有2N

26、4( 2 32)、2N3( 2 32);斜筋有( 2 16)则 AA斜截面抗剪承载力为Vu123 0.45 10 3 bh0 (20.6 P)fcu ,ksv f sv+ 0.7510 3fsdA sinssb= 1110.4510 3(20.60.64)250.00201 19530.75 102802 16084020.707故距支座中心h/2 处的斜截面抗剪承载力满足要求1 )复核第一排弯起钢筋处由上图可得距支座中心线h/2 处截面的横坐标为x=7250-1125=6125mm,正截面有效高度h0=1247mm。现取投影长度c h0=1247mm,则得到选择的斜截面顶端位置A 如下图所示

27、,其坐标为x=6125-1247=4878mm。2)斜截面抗剪承载力复核A 处正截面上的剪力Vx 及相应的弯矩Mx 计算如下 :Vx Vl (V0Vl) 2x69.923(502.398 69.923)2 4878360.90 kN22L14500M x M l4x2)1928.58 (1447872(122 ) 1087.79kN m2L14500A 处正截面有效高度h0=1229mm=1.229m(主筋为4 32)则实际广义剪跨比m及斜截面投影长度 c分别为:M x1087.793m360.902.45Vx ho1.229c=0.6mh0 =0.6 2.45 1.229=1.8066m1.

28、247m将要复核的斜截面如上图所示中AA斜截面,斜角 =tan-1 ( h0/c )=tan-1(1.229/1.8066)34.20 斜截面内纵向受拉主筋有 432( 2N5、 2N4),相应的主筋配筋率 p 为P=100 As =1003217 =1.3min(=0.18%) bSv 200 250与斜截面相交的弯起钢筋有2N4( 2 32);斜筋有( 2 16)则 AA 斜截面抗剪承载力为V1230.45103 bh (20.6P)fcu ,k svfsvu0+0.7510 3 f sdAsb sins= 1110.451032001229(20.61.3)250.00201 1950.

29、7510 3280216084020.707=943.99kNV x=360.9kN故第一排弯起钢筋处的斜截面抗剪承载力满足要求八、持久状况正常使用裂缝宽度挠度验算8.1 裂缝宽度验算1 )带肋钢筋系数 c1=1.0短期荷载效应组合弯矩计算值 Ms=1084.25kN. m 长期荷载效应组合弯矩计算值 Ml=828.65kN. m系数 c2=1+0.5 Ml=1.38系数 c3=1.0M s2 )钢筋应力ss 的计算M sss =0.84h0 As=1084.250.87 1188 6790=154Mpa3)换算直径 d 的计算d=de= 63224252=29.6mm632425对于焊接钢筋

30、骨架d=de =1.3 29.6=38.5mm4 )纵向受拉钢筋 的计算As6790=0.02860.02取=0.02 。5 )最大裂缝宽度 Wfk 的计算fk1 2 3ss30 d)W=c c c(Es 0.28 10=11.38 10-5 154(30 38.5)2 0.28 10 0.02=0.15mm wf =0.2mm 满足要求。8.2 挠度的验算在进行梁变形计算时,应取梁与相邻梁横向连接后截面的全宽度受压翼板计算,即 b f1 =2200mm,而 h f1 仍为 110mm, Es= Es =7.143Ec1 ) T 梁换算截面的惯性矩 I cr 和 I 0 计算对 T 梁的开裂截

31、面,由 0.5b f x2=EsAs (h0-x )可得0.5 2200 x2=7.143 6790(1188-x )解得 x=208mmh f ( =110mm)梁跨中截面为第二类T 形截面。这时,受压区x 高度由式确定A=Es ASh f (b fb)b7.143 6790 110(2200200)=200=1343B= 2 EsAsh0(b fb)hf 2b= 27.14367901188(2200200)1102200=697192则 x=A2BA= 13432 697192 1343=238mmh f =110mm开裂截面的换算截面惯性矩I cr 为I cr = 2200 2383(

32、2200200)(238110)3+7.143 6790 (1188-238 )233=5.5056564 10 mmT 梁的全截面换算截面面积 A 为0A 0=200 1300+(2200-200) 110+(7.143-1)2 6790=521711mm受压区高度 x 为X=0.5200130020.5(2200200)1102(7.1431)67901188521711=442mm全截面换算惯性矩I 0 为1bh3hx)21(bf 1b)hf3(b f 1b) hf( xhf)(1)AS ( h0 x)2I 0bh(122Es122= 1130021200130032001300442(

33、2200200)110312212(2200200)110(442 110) 2(7.1431)6790(1188442)2=10.421010mm422 ) 计算开裂构件的抗弯刚度全截面抗弯刚度B0=0.95EcI 0=0.95 2.8 104 10.42 101015.2=2.77 10 Nmm开裂截面抗弯刚度B4615.2cr =EcI cr =2.8 1055056.5 10 =1.5410Nmm全截面换算截面受拉区边缘的弹性抵抗拒为W0=I 0=10.42101083h=1.21 10 mmx 1300442全截面换算截面的面积距为S01bf x21bfb x hf222122004

34、4221220020027 mm3442 11010.47 1022塑性影响系数为2S0210.471071.73W 0=1.21 108开裂弯矩M8.cr = f tk W=1.73 1.78 1.21 10 =372.61KN m0抗裂构件的抗弯刚度B=B01 ( M cr ) 2 B0( M cr)2M sM sBcr=2.7710151.63 10152( 372.61 ) 2 2.771015N mm( 372.61 ) 211084.251084.251.5410153) 受弯构件跨中截面处的长期挠度值结构自重作用 下跨中截面弯矩标准值MG=510.25kN. M。对 C25 混凝

35、土,挠度长期增长系数 =1.60 。受弯构件在使用阶段的跨中截面的长期挠度值为 l = 5 MsL2 48 B=5 1084.25 106 14500 21.60 23mm481.631015在自重作用下跨中截面的长期挠度值为G2G= 5 M L48B=5 510.25 10614500 21.60 11mm481.631015则按可变荷载频遇值计算的长期挠度值(Q)为 Q=l - G=30-20=10mmL=145009mm ,故跨中截面需要设置预拱度。16001600根据公路桥规对预拱度设置的规定,得到梁跨中截面处的预拱度为G1Q11112 17mm22九、短暂状况(施工安装)应力验算及(

36、吊钩设计)9.1 计算弯矩和剪力一根主梁的荷载集度为g=0.21.3+(0.08+0.14) 0.99 250=11.95KN/m设采用两点吊装,梁的吊点位置距梁端分别为1m,则吊点处的弯矩为M 11gl12111.95125.98kNm22跨中最大弯矩为M1212121228gl22g1l811. 95 14. 5 2211. 95 12 2 7. 4k 2Nm1 gl1 11.95 14.50吊点处的最大剪力为V1gl111.951 74.69kN22吊装时的弯矩图,剪力图如图所示9.2 正截面应力验算由于吊装处弯矩很小,故仅验算跨中应力梁跨中截面的换算截面惯性距Icr 计算根据公路桥规规

37、定计算得到梁受压翼板的有效宽度bf =1520mm, h f =110mm,ho=1188mm。ES2105EsEC21057.143T 梁换算截面的惯性矩I cr 计算对 T 梁的开裂截面,由 0.5b f x2=EsAs (h0-x )可得0.5 1520 x2=7.143 6790(1188-x )解得 x=245mmh f ( =110mm)梁跨中截面为第二类T 形截面。这时,受压区x 高度由式确定A= Es ASh f (b fb)b= 7.1436790110(1520200)=9692002Es s0(bf 2A hb)hfB=b= 27.14367901188(1520200)1102200=576918则 x=A2BA= 9692 576918 969=262mmh f =110mm开裂截面的换算截面惯性矩I cr 为I cr =15202623(1520200)(262 110)3+7.143 6790(1188-262 )23364=43133.61 10 mm考虑吊装因素:取M kt1.2M 2 1.2 227.42 272.90 kN m受压区混凝土边缘纤维压应力tM kt x0272.901062621.66MPaccI

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