南美林典尚设计

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1、目目 录录一、一、概述概述.11.工程概况.12.主要材料.2二、二、主桥结构分析主桥结构分析.21.结构离散.22.施工阶段划分.23.主要计算参数.64.荷载组合.6三、三、主要计算结果主要计算结果.71.施工阶段.162.使用阶段.163.箱梁横向计算.194.主桥下构计算.21四、四、主要咨询结论主要咨询结论.211.结构安全性评价.212.桥梁总体布置评价.213.问题与建议.22五、五、主要计算结果附件主要计算结果附件.26 1一、概述:一、概述:受福建省南安市交通局委托,我院组织有关专业技术人员对南安市美林大桥施工图设计进行设计复核计算与咨询。根据有关要求,设计复核着重于现有桥型

2、方案的结构计算分析。1 1、工程概况:、工程概况:美林大桥跨越美林河,大桥全长 302.6 米,桥孔总体布置为 13 米简支板+(40+55+90+55+40)米 5 跨一联刚构连续梁体系主桥。桥面全宽 28 米,桥面布置为净 21.5+23.25 米。桥梁设计荷载:汽车20 级,挂车120,人群3.5kN/m2。本桥主桥结构采用(40+55+90+55+40)米 5 跨一联预应力混凝土变截面箱梁刚构连续梁方案。箱梁支点梁高 5.5 米,跨中梁高 2.4 米,箱梁底板变高采用圆曲线变化。箱梁采用单箱多室方案,中腹板垂直,边腹板斜置。箱梁顶板宽 28m,翼板悬臂长 4.5m,底板宽 16.318

3、.0m。箱梁顶板厚 25cm,底板厚120(支点)22(跨中)cm。腹板尺寸跨中:45cm(斜腹板) ,40cm(中腹板) ,根部:75cm(斜腹板) ,70cm(中腹板) ,间隔 2 个或 1 个节段变化一次腹板厚度。箱梁在支点断面均设有横隔板。墩顶 0 号梁段长 12m,箱梁在与墩身对应的 2.4m 范围内等梁高。两个“T 构”的悬臂各分 10 对梁段,其梁段数及梁段长度从根部至跨中各为: 3m、23.5m、74m,累计悬臂总长 44m。全桥共有一个 2m 长的主跨跨中合拢段和两个 2m 长的边跨合拢段。两边跨现浇梁段长(40+9)m。主桥箱梁采用三向预应力。纵向钢束 75 钢绞线,公称直

4、径 15.24mm,标准强度 1860Mpa,其中悬浇顶板钢束为 575,悬浇腹板钢束为 1975,其他顶、底等连续钢束为 1275,配套使用 OVM15-5、OVM15-19、OVM15-12锚具。横向预应力钢束亦采用 75 钢绞线,规格为 475,顺桥向间距 50cm,配套使用 BM15-4 锚具,两端张拉。箱梁各支点处的横梁亦设有横向预应力钢束,采用 1975 钢绞线,配套使用 OVM15-19 锚具。竖向预应力钢束采用 32 的冷拉级精轧螺纹钢筋,在腹板上顺桥向平均间距 50cm,配套使用 YGM 锚具,上端张拉锚固于顶板顶面。 2主桥主墩为钢筋混凝土结构实体簿壁桥墩,一个桥墩分成两片

5、,每片横向底部宽 4.2m,上端设弧线张开,宽 6.0m,桥墩壁厚 2.4m。主墩承台厚 3.0m。主墩基础为大直径桩基,承台底设双排共 8 根 2.0m 的钻孔灌注桩;边墩采用实体簿壁桥墩,亦分成两片,每片横向底宽部宽 4.2m,上端设弧线张开,宽6.0m,桥墩壁厚 1.2m。主墩承台厚 2.0m,为分离式承台,双排共设 8 根1.2m 的钻孔灌注桩;桥台采用 U 型,每个桥台底设有双排共 10 根 1.5m 桩基。2 2、主要材料、主要材料上部结构主梁采用 C50 号混凝土;下部结构桥墩采用 C40;承台采用 C30;桩基采用 C25 号混凝土;纵、横向预应力采用 15.24 预应力钢绞线

6、,符合 ASTMA41692,270 级要求;竖向预应力为 32 的 40Si2MnMoV 精轧螺纹钢筋。二、主桥结构计算分析二、主桥结构计算分析本桥在桥梁总体布置上,根据初步设计评审意见,按照原则上通过的桥型方案设计,考虑到施工图设计业已完成,本次结构计算分析建立在现有的施工图设计基础之上。各种计算参数的取用根据设计单位提供的施工图设计文件及桥位处的气象、水文、地质等实际情况确定。主桥结构整体分析采用我院编制的钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁综合程序进行计算,该程序基于平面杆系有限元原理。自 1985 年投产以来,已用于大量的钢筋混凝土及预应力混凝土连续梁、连续刚构桥、斜拉桥等桥梁设计,是公路桥

7、梁计算采用的主要工具之一。1、结构离散、结构离散根据本桥的实际结构情况,将整个桥梁离散为 125 个单元,其中梁单元 87个,桥墩单元 10 个,临时、永久支承单元 28 个,节点按照顺序划分。结构单元离散图见图 1。2、施工阶段划分、施工阶段划分按照悬臂施工的节段长, 主桥共划分 31 个施工阶段进行计算。施工阶段划分及其主要工序情况见表 1。 3 4表 1 施工阶段划分及其主要工序表施工阶段主要工序1主墩下部构造施工。2安装 0 号块支架并浇筑 0 号块。30 号块混凝土达到强度 80%以上时,张拉悬浇钢束 T1,张拉完成后在 0 号块上拼装悬臂浇筑挂篮。4悬臂浇筑 1 号块。51 号块混

8、凝土达到强度 80%以上时,张拉悬浇钢束 T2、腹板钢束F1、F1,空挂篮前移。6悬臂浇筑 2 号块。72 号块混凝土达到强度 80%以上时,张拉悬浇钢束 T3、腹板钢束F2、F2,空挂篮前移。8悬臂浇筑 3 号块。93 号块混凝土达到强度 80%以上时,张拉悬浇钢束 T4、腹板钢束F3、F3,空挂篮前移。10悬臂浇筑 4 号块。114 号块混凝土达到强度 80%以上时,张拉悬浇钢束 T5、腹板钢束F4、F4,空挂篮前移。12悬臂浇筑 5 号块。135 号块混凝土达到强度 80%以上时,张拉悬浇钢束 T6、腹板钢束F5、F5,空挂篮前移。14悬臂浇筑 6 号块。156 号块混凝土达到强度 80

9、%以上时,张拉悬浇钢束 T7、腹板钢束F6、F6,空挂篮前移。16悬臂浇筑 7 号块。177 号块混凝土达到强度 80%以上时,张拉悬浇钢束 T8、腹板钢束F7、F7,空挂篮前移。18悬臂浇筑 8 号块。198 号块混凝土达到强度 80%以上时,张拉悬浇钢束 T9、腹板钢束F8、F8,空挂篮前移。 5施工阶段划分及其主要工序表(续表 1)施工阶段主要工序20悬臂浇筑 9 号块。219 号块混凝土达到强度 80%以上时,张拉悬浇钢束 T10、腹板钢束F9、F9,空挂篮前移。22悬臂浇筑 10 号块。2310 号块混凝土达到强度 80%以上时,张拉悬浇钢束 T11、腹板钢束 F10、F10。在主墩

10、两个主墩悬臂浇筑的过程当中,安装边跨现浇支架,浇筑边跨现浇段,同时在其混凝土达到强度 80%以上时,张拉边跨现浇段内的钢束 T12( 顶板 ) 、F11 F13、F13 F13 ( 腹板 ) 、B7B9( 底板 ) 。24拆除挂篮,安装边跨合拢段吊架,主墩单 T 另一侧加相应的配重。25选取适宜的温度浇筑边跨合拢段,主墩单 T 另一侧随混凝土的浇筑增加相应的配重。26边跨合拢段混凝土达到强度 80%以上时,张拉边跨合拢钢束 T 13 T 16(顶板) 、B1 B5( 底板) 。27安装边跨合拢段吊架。28选取适宜的温度浇筑中跨合拢段29中跨合拢段混凝土达到强度 80%以上时,张拉中跨合拢钢束

11、T 13 T 16(顶板) 、B1 B6( 底板) 。30拆除支架,进行桥面系施工,加桥面铺装、人行道板等二期恒载重量。31运营阶段活载:汽车超 20,挂车120,人群 3.5KN/m2;温度:体系升温 20 度,体系降温 15 度,顶板升温 5 度;基础变位:主墩或边墩沉降:1cm。 63 3、主要计算参数:、主要计算参数:1) 混凝土主梁:50 号,E=3.5104 Mpa,混凝土容重考虑 1.05 的增大系数取值为27.3 KN/m3;主墩:40 号,E=3.3104 Mpa,混凝土容重 26 KN/m3;2)预应力钢束纵、横向预应力钢束:E=1.95105 Mpa,标准强度 1860

12、Mpa,张拉控制应力 1395Mpa;摩阻系数:0.3;管道偏差系数:0.003;松驰率:3.5%;锚具回缩:6mm。3)荷载:汽车超-20,挂车-120, 人群荷载 3.5KN/m2。按双向 6 车道荷载计算,横向考虑折减,同时增大 1.15 的偏载经验增大系数。汽车荷载横向分配系数:60.551.15=3.8,挂车:1.15;设计总说明中汽车荷载横向分配系数汽车为4.8 是否有误,请设计核查,而挂车为 1 则偏小。支座不均匀沉降:主墩或边墩按 1cm 计算;本桥桩基均支撑在岩石中,设计不均匀沉降取 2cm 偏大。温度:按照设计总说明数值取用,体系升温 20、体系降温 15、顶板升温 5;4

13、、荷载组合按可能出现的最不利状况设计验算进行了以下四种组合:组合 1:恒载+汽车荷载+人群荷载组合 2:恒载+挂车荷载+人群荷载组合 3:恒载+汽车荷载+人群荷载+支座不均匀沉降+体系升温 20+顶板升温 5组合 4:恒载+汽车荷载+人群荷载+支座不均匀沉降+体系降温 15。 7三、主要计算结果:三、主要计算结果:1 1、施工阶段:、施工阶段:根据该桥的施工方法,共分 31 个施工阶段,其中 22、23 阶段为悬臂最大工况,25、26 阶段为边跨合拢工况,28、29 阶段为中跨合拢工况。各施工工况验算结果表明,在整个施工过程中,主梁的施工应力控制能够满足规范要求,基本未出现拉应力,压应力最大出

14、现在全桥合拢后,二期恒载未上以前。中跨上缘压应力为 11.19Mpa。各施工阶段截面上、下缘正应力图(仅示出对称结构的一半)见图 2,验算数值详见所附纵向计算结果。计算结果表明,本桥结构施工阶段是安全的。 9图 2-1 施工阶段截面上、下缘正应力图 1 10图 2-2 施工阶段截面上、下缘正应力图 2 11图 2-3 施工阶段截面上、下缘正应力图 3 12 图 2-4 施工阶段截面上、下缘正应力图 4 13图 2-5 施工阶段截面上、下缘正应力图五 14图 2-6 施工阶段截面上、下缘正应力图 6 15图 2-7 施工阶段截面上、下缘正应力图 7 16图 2-8 施工阶段截面上、下缘正应力图

15、8 172 2、使用阶段:、使用阶段:使用阶段主要控制截面的应力情况见表 2,在各种最不利工况组合下截面上、下缘正应力包络图(仅示出对称结构的一半)见图 3,验算数值详见所附纵向计算结果。表 2 使用阶段主要控制截面的应力(Mpa)荷载组合部位边跨次边跨主跨最大13.2111.8014.27上缘最小4.141.701.70最大13.6813.689.07主要荷载组合下缘最小2.644.892.21最大15.2013.9316.49上缘最小3.771.521.60最大14.7214.829.56附加荷载组合下缘最小2.504.431.19验算结果表明,在各种最不利工况组合下,主梁上、下缘均未出现

16、拉应力。根据规范有关条文规定: 50 号混凝土主要组合时最大压应力(0.5Rab)17.5Mpa,附加组合时最大压应力(0.6Rab)21Mpa。主要组合容许主压应力(0.6Rab)21 Mpa,容许主拉应力(0.8Rlb)2.4 Mpa;附加组合容许主压应力(0.65Rab)22.75Mpa,容许主拉应力(0.9Rlb)2.7 Mpa,本桥应力均控制在满足规范要求的范围以内。根据本桥配束情况看,主跨跨中上缘配置大量钢束 T13T16,反映在计算结果上主跨跨中上缘较长的区段,压应力偏大。本桥跨中连续钢束有进一步优化的可能,可考虑少量增加跨中下缘底板连续束,取消跨中上缘大部分钢束。同时还可使箱梁

17、应力较均匀。 18图 3-1 最不利工况组合下截面上、下缘正应力包络图 1 19图 3-2 最不利工况组合下截面上、下缘正应力包络图 2 203、箱梁横向计算:、箱梁横向计算:箱梁横向计算采用通用有限元软件的空间八节点实体 SOLID45 单元,取梁高为 2.4m、宽 7m 的梁段为计算模型,见图 4。分别布置三辆汽车超 20 重车的后轮、挂车120 的 8 个车轮。横向预应力按匀布面荷载 P=10049.3kPa 施加。人行道板按为 3.3kPa,铺装为 2.25kPa。分别计算了汽车偏载和挂车居中两种工况。汽车偏载: 翼缘板上、下缘横桥向均为压应力,最大为 10.3MPa,最小2.7MPa

18、,翼缘板下缘横桥向最大压应力为 6.9MPa,最小 2.4MPa,边箱顶板的上缘横桥向均为压应力,最大 7.0MPa,最小 2.0MPa,下缘最大压应力为6.0MPa,与腹板相交的加腋处出现 0.11MPa 拉应力。挂车居中: 翼缘板上、下缘横桥向均为压应力,最大为 10.3MPa,最小2.2MPa,翼缘板下缘横桥向最大压应力为 6.9MPa,最小 2.4MPa,边箱顶板的上缘横桥向均为压应力,最大为 7.9 MPa,最小 2.2MPa,下缘最大压应力为6.6MPa,最小压应力 0.16MPa 拉应力,出现在与腹板相交的加腋处。横向计算主要结果见图 57,从横向计算的结果看,箱梁的横向应力满足

19、规范的要求。 图 4 箱梁横向计算模型 21图 5 汽车偏载时顶板上缘横桥向应力 Sx 沿横桥向的分布(单位:横坐标 m,竖坐标 kPa,号表示压应力)图 6 挂车居中时顶板上缘横桥向应力 Sx 沿横桥向的分布(数值盒的单位: kPa,号表示压应力)图 7 汽车偏载时箱梁变形图 224 4、主桥下构计算、主桥下构计算 图 8 基桩计算简图 桥墩计算以最不利受力的 3,4 号墩进行验算,墩顶的内力取自综合程序的结果,Nmin=60910kN,Mmax=21540kNm,计算长度偏保守取为 15m,计算结果表明:该墩的配筋以规范规定的最小配筋率 0.2%控制,可见结构是安全的。 基桩计算用 m 法

20、,以平面杆系模拟,计算图式如图 8 所示。承台顶的内力取自综合程序的结果,N=72903kN,Mmax=44875kNm。分配到单桩,Nmax=12798 kN,M=597kNm,Nmin=6005 kN,M=597kNm。按圆截面偏心受压构件计算,单桩设计配筋量 3628 可较好满足受力要求,具有较高的安全度。计算表明该桩全截面受压,不出现裂缝。上述计算结果表明本桥上构满足全预应力要求,正应力及主拉应力控制在规范所 容许的范围之内。下部构造主墩采用薄壁桥墩,大直径的双排桩基础,形式合理,经计算能较好满足受力要求。四、主要咨询结论:四、主要咨询结论:(一)(一) 、结构安全性评价:、结构安全性

21、评价:通过复核计算分析表明,本桥主体结构安全,结构尺寸基本可行,预应力体系布置基本合理,受力计算满足规范要求,图纸清晰,符合施工图设计要求。但本桥从构造处理及方便施工等角度考虑,可作进一步的优化处理。(二)(二) 、桥梁总体布置评价:、桥梁总体布置评价:有关桥型方案的确定应是初步设计阶段解决的问题,但就本桥最后实施的施工图方案看,桥梁布置从总体上看有缺憾。本桥在整体性较好的大桥中,加 23一跨 13 米简支板小孔,不协调;从施工角度上讲,附加小孔与主桥为不同的结构形式,施工设备要求不同,会导致施工上的不经济;从本桥施工方案看,本桥边跨采用满堂支架现浇施工,按照这一施工方案,在边跨跨径非特别要求

22、的情况下,可将主桥简化为主跨 90m 的 3 孔一联连续刚构,两边跨及附加小孔一侧设计为 3 孔,另一侧设计为 2 孔 20 米以内的钢筋混凝土现浇连续箱梁,从而可大大提高本桥的经济性。鉴于本桥施工图设计业已完成,桥型方案的确定不是本阶段重点讨论的问题,故本次咨询着重于现有桥型方案的结构计算分析上。(三)(三) 、问题与建议、问题与建议1、按照总说明的设计标准,本桥为双向 6 车道,根据公路桥涵通用规范等标准要求,本桥最小净宽应为 0.25+33.75+0.5+33.75+0.25=23.5(m) ,而本桥实际净宽 21.5m,特别是本桥的箱梁横断面在中间设置了 3m 的平坡段,应为非行车带,

23、不知本桥双向 6 车道如何布置。2、桥型总体布置图中关于净宽与人行道宽的说明有误。3、桥型总体布置图中应标明测时水位、设计洪水位,以便判别梁底标高是否满足水位要求。按照有关桥梁设计标准,本桥设计洪水频率应不低于 1/100,不知是否与总说明中所述的城市防洪标准一致。4、本桥主墩及边墩承台顶面标高在天然地面线以下达 2.5 米,将会导致极大的施工工程量,从结构及受力分析角度讲,也毫无必要,建议承台顶面标高接近天然地面线或保证在枯水期以承台顶面不露出水面为宜。5、主桥箱梁构造待须改进:本桥主跨 90 米,采用悬臂浇筑施工,根部梁高 5.5 米,跨中梁高 2.4 米,基本合适。但对于变高度梁,为方便

24、施工,在一般情况下不做成斜腹板形式。本桥腹板设计尺寸跨中:45cm(斜腹板) ,40cm(中腹板) ,根部:75cm(斜腹板) ,70cm(中腹板) ,间隔 2 个或 1 个节段变化一次腹板厚度。从我院同类结构相同或更大桥梁成桥经验及计算情况看,该尺寸可以大大优化,腹板可考虑采用等厚 45cm(斜腹板) ,40cm(中腹板) ,为安全起见,可将靠近根部的 34 个节段加至等厚 60cm(斜腹板) ,55cm(中腹板) ,以一个节段作为变宽过渡段,这样可以减轻主桥上构重量,节省材料数量,同时也较好地方便施工,请设计进一步计算确认。本桥箱梁如果能考虑为 24两个单箱室的箱梁,则可能会取得更好的优化

25、效果。6、主梁总体布置图中,边跨与次边跨之间的横隔梁应考虑设置过人孔,否则检修人员从边跨顶板预留孔进入箱梁后无法行至主跨。7、主梁总体布置图中应标明主梁混凝土标号,底板上缘线梁底曲线方程。8、主梁总体布置图(四) 、 (五) 、 (六)中应标明各齿块与腹板的关系尺寸,以便施工放样定位,同时应绘制齿块构造图。9、本桥预应力钢束布置基本合理,但从最基本的受力情况看,本桥预应力钢束布置可局部调整优化。其一:腹板弯起钢束无须一直配置到主跨的跨中;其二:主跨跨中顶板上缘配置大量的预应力钢束,不合理,经初步估算,如将等量的顶板上缘 T16 钢束设置于底板下缘,可考虑取消 T14T16 顶板上缘钢束,请设计

26、进一步计算确认。10、预应力钢束布置图 SV-023 中 F1F10、F1F10标注有误。11、预应力钢束张拉采用双控控制,故对于纵、横向预应力钢束应按设计计算参数,给出钢束伸长量,便于施工控制。12、本图的横向预应力钢束布置与竖向预应力钢束布置,正好相冲突,按50cm 布置一根横、竖向预应力钢束,从对称中心线开始横向钢束布置为50/2+n50,则竖向钢束布置应考虑为 0+n50。13、竖向预应力钢束布置图 SV-032 中,S14 及 S14 锚固于墩身内的竖向预应力钢筋建议不要在墩身的同一断面处锚固,可间隔一根加长 1m 左右交错锚固在墩身不同断面处。14、主梁施工顺序图从施工步骤三五说明

27、看,每个梁段施工完成,张拉纵、横、竖向预应力钢束,欠妥,一般来说,横、竖向预应力钢束滞后于纵向钢束两至三个节段后张拉。15、主梁施工顺序图对重要的边、中跨合拢程序交代不详,特别是边、中跨合拢时,对内外刚性支撑的设置、平衡配重和压重,都必须有严格的规定。16、边跨现浇段梁体内以及边、中跨合拢时顶、底板钢束较多,应说明各类钢束张拉的先后顺序。17、由于本桥主墩为单壁墩,主桥悬臂施工安全性尤为重要,设计应提出悬臂浇筑过程中允许最大的不平衡重量值,严格要求施工过程中不能超限。另 25外还应结合主墩 0 号块支架搭设提出具有一定抗倾覆能力的方案,可通过设置一定的体外临时钢束锚固于承台上实现。18、关于挠

28、度控制问题,由于设计阶段施工单位未定,挂篮技术参数与施工工期安排均依据设计经验假定,故其计算数值仅供参考。待施工单位确定后,应根据施工单位提供的挂篮资料和工期安排,重新进行一次挠度计算,与施工监控所计算的挠度核对。鉴于本桥主跨跨度较大,设计应强调施工监控的必要性。19、0 号块及边跨、次边跨采用了大量的支架现浇施工,设计说明及设计图纸应对支架预压作特别强调,并按施工规范提出预压重量,确保支架非弹性变形的消除。20、箱梁无论中跨或边跨合拢,均应设置刚性支撑结构,本设计图中未见该部分内容,应补充。21、本桥箱梁普通钢筋布置基本合适,但对设齿块段及齿块钢筋布置建议加强,其一将齿块钢筋布置图中的 N4

29、 做成封闭箍筋;其二由于锚固于齿块上的预应力钢束产生较大的水平力,建议将本节段及下一节段齿块对应部位的箱梁顶或底板纵向 N1 钢筋由 16 加粗至不小于 20;其三钢束位于齿块内弧线段应加密设置防崩钢筋。22、边跨顶板连续钢束 T16 间距仅为 40cm,其锚固齿块应考虑合并作成一个整体齿块,边跨现浇段内的锚固 B1、B3、B5 齿块和锚固 B2、B4 齿块相距在 60cm 以内,故亦应考虑作成整体齿块。齿块构造调整后,应按相应的尺寸绘钢筋布置图。23、箱梁节段钢筋布置图 SV-044、SV-056 中 N1 钢筋伸出节段端面长为60,图中标注 50 者有误。24、本桥基础均设计为桩基,7 个

30、墩台,设计采用了三种不同规格的桩基直径,2.0m(主墩及 1 号墩) 、1.2m(边墩) 、1.5m(桥台) ,将给施工机具的配置带来极大的不便,两边墩完全可考虑为 2.0m 的单排桩基,桩基直径可基本统一,还可以缩小主墩承台尺寸。25、从地质总剖面图看,本桥基础设计均为柱桩或嵌岩桩,桩长应按进入弱风化层的最小深度确定,设计说明中应提出具体数值,便于施工控制终孔条 1件。对于柱桩或嵌岩桩建议桩底沉渣厚度控制在 5cm 以内,设计说明中要求为10cm 偏大。本桥无摩擦桩,设计说明中关于摩擦桩沉渣厚度控制之说多余。26、本桥对设计水位资料等情况提供不详,一般来说主墩可能位于水中,设计应按 35 个月的基础施工工期,提出合适的施工水位,制定主墩基础施工方案或采用筑岛围堰或采用搭设施工平台方案施工。27、本桥桩基钢筋布置数量可行,但柱桩或嵌岩桩建议考虑全筋均到底。28、1 号桥墩设计图纸中,C-C 断面中应注明箱梁及空心板梁支座中心线,本桥墙身仅 5cm 的襟边,偏小。29、对直径 2m 的桩基应考虑设置 4 根桩基检测管。30、按照桥位区地震烈度情况,本桥按 8 度设防,根据公路工程抗震设计规范要求,对本桥上、下部构造中设置的矩形箍筋应设 135 度的弯钩,并深入混凝土核心之内。31、本桥一联共长 280m,设 80 型伸缩缝偏小,按该连续长度计算建议改为 120160 型。

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