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城市道路箱涵结构计算书

来源:化拓教育网
箱涵结构计算书

一、设计资料

(一)概况:***道路工程经过凤凰水库溢洪道处设置箱涵,箱涵净跨L0=8.0米,净高h0=10.5米,路基红线范围内长49米,箱涵顶最大填土厚度H=3.6米,填土的内摩擦角φ为24°,土体密度γ1=20.2KN/m3,设箱涵采用C25混凝土(fcd=11.5MPa)和HRB335钢筋(fsd=280MPa)。桥涵设计荷载为城-A级,用车辆荷载加载验算。结构安全等级二级,结构重要性系数γ0=1.0。地基为泥质粉砂岩,[σ0]=380kPa,本计算书主要内容为结构设计与地基应力验算。

(二)依据及规范 1、《城市桥梁设计荷载标准》(CJJ77-98) 2、《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004) 3、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004) 4、《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTGD63-2007)

二、设计计算

(一)截面尺寸拟定(见图1-1) P1685.00箱涵过流断面尺寸由水利部门提供,拟定 顶板、底板厚度δ=100cm(C1=50cm) ep1侧墙厚度 t=100cm (C2=50cm)

C2故 LP=L0+t=8+1=9m

hp=h0+δ=10.5+1=11.5m ttL0(二)荷载计算

C21、恒载

恒载竖向压力

ep2P=γ1H+γ2δ=20.2×3.6+25×1

Lp=97.72kN/m2

图1-1 恒载水平压力

顶板处: ep1=γ1Htan2(45o-φ/2)

=20.2×3.6×tan2(45o-24o/2)=30.67 kN/m2

2

底板处:ep2=γ(tan2(45o-φ/2)=20.2×(3.6+12.5)×tan(45o-24o/2) 1H+h) =137.15kN/m2 2、活载

城-A级车辆荷载轴重按《城市桥梁设计荷载标准》4.1.3条确定,参照《公 路桥涵设计通用规范》第4.3.4条2款,计算涵洞顶车辆荷载引起的竖向土压力,车轮扩散角30o。

1) 先考虑按六车道(7辆车)分布,横向折减系数0.55 一个汽车后轮横向分布宽

>1.3m/2

0.60/2+3.6 tan30o=2.38m

>1.8m/2

故,两列车相邻车轴有荷载重叠,按如下计算横向分布宽度

C1δC1δ- 1 -

dhphh0H箱涵结构计算书

a=(0.60/2+3.6 tan30o) ×2+22=26.76m 同理,纵向分布宽度

0.25/2+3.6 tan30o=2.2m>1.2m/2

故,同列车相邻车轴有荷载重叠,纵向分布宽度按如下计算 b=(0.25/2+3.6 tan30o) ×2+1.2=5.6m 车辆荷载垂直压力

q车=(140×2×7)/(26.76×5.6) ×0.55=7.20 kN/m2 2) 考虑按两车道(2辆车)分布,横向折减系数1.0 一个汽车后轮横向分布宽

>1.3m/2

0.60/2+3.6 tan30o=2.38m

>1.8m/2

故,两列车相邻车轴有荷载重叠,按如下计算横向分布宽度

a=(0.60/2+3.6 tan30o) ×2+4.9=9.66m 同理,纵向分布宽度

0.25/2+1.6 tan30o=1.05m>1.2m/2

故,同列车相邻车轴有荷载重叠,纵向分布宽度按如下计算 b=(0.25/2+3.6 tan30o) ×2+1.2=5.61m 车辆荷载垂直压力

q车=(140×2×2)/(9.66×5.61) ×1.0=10.33 kN/m2

根据上述计算,车辆荷载垂直压力取大值按两车道布置计算取值10.33 kN/m2。

故,车辆水平压力

e车=10.33×tan2(45o-24o/2)=4.36 kN/m2

(三)内力计算

1、构件刚度比(单位长度)

11.01.03Ihp11.5 K=1×=12×=1.28

1I2Lp9.01.01.03P122、节点弯矩和构件轴力计算

MaCMaB1(1)a种荷载作用下(图1-2)

BC 涵洞四角节点弯矩:

(P)L21P• MaA=MaB=Mac=MaD=- K112Na33a4Na4 Na1=Na2=0, Na3=Na4=

(P)LP 22

AD2图1-2PMaAMaD 恒载(P=97.72 kN/m)

97.729.01•MaA==-289.30kN·m

1.281122- 2 -

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97.729.0=439.74 kN 2车辆荷载(P=q车= 10.33kN/m2) Na3=

10.339.01•MaA==-30.60kN·m

1.28112210.339.0=46.49kN 2(2)b种荷载作用下(图1-3) Na3=

2(P)hPK•MbA=MbB=Mbc=MbD=- K112MbBBP3Nb11CMbCPbA2D4Nb1=Nb2=

(P)hP, Nb3=Nb4=0 2MbA恒载(P=ep1=30.67kN/m2)

2Nb2图1-3MbD1.2830.6711.5•MbA==-189.76kN·m

1.2811230.6711.5=176.35kN 2(3)c种荷载作用下(图1-4) Nb1=

(P)hpK(3K8)McA=McD= •(K1)(K3)60(P)hpK(2K7)McB=McC= •(K1)(K3)60NC1=

22McBBP3Nc11CMcCPcA2D4Php6Php3McAMcB hPMcAMcB hPMcANC2=Nc2图1-4McDNC3= NC4=0

恒载(P=ep2-ep1=106.48kN/m2)

1.28(31.288)106.4811.5McA=McD==-364.5kN·m •(1.281)(1.283)601.28(21.287)106.4811.5McB=McC==-294.30kN·m •(1.281)(1.283)60NC1=

22106.4811.5364.5294.3=198kN 611.5- 3 -

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106.4811.5364.5294.3=414.3kN 311.5(4)d种荷载作用下(图1-5) NC2=MdA=-[

PhK(K3)10K2]· 26(K4K3)15K542PMdBP3BNd11CMdC2PhPK(K3)5K3MdB=-[]·

6(K24K3)15K542PhPK(K3)5K3MdC=-[]· 26(K4K3)15K54Nd3dA24Nd4MdADMdD=-[

PhK(K3)10K2]·

6(K24K3)15K542PNd2图1-5MdDNd1=

MdDMdCMMdCMMdC, Nd2=Php-dD, Nd3= Nd4=-dB

LPhPhP车辆荷载(P=e车=4.36 kN/m2)

K(K3)1.28(1.283)==0.0936 226(K4K3)6(1.2841.283)10K2101.282==0.6116

15K5151.2855K351.283==0.3884

15K5151.285MdA=-(0.09360.6116)·

4.3611.5244.3611.5244.3611.5244.3611.524=-101.89kN·m

MdB=-(0.09360.3884)·=42.59kN·m

MdC=-(0.09360.3884)·=-69.64kN·m

MdD=-(0.09360.6116)·Nd1=

=74.84kN·m

74.8469.64=12.56kN

11.5Nd2=4.37×11.5-12.56=37.69kN

42.5969.64Nd3= Nd4=-=-12.47kN

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(5)节点弯矩和轴力计算汇总表如表1-1 表1-1 构件轴力(kN)节点弯矩M(kN·M)

荷载种类

ABCD1234 -289.3-289.3-289.3-289.3176.35176.35

-189.76-189.76-189.76-189.76198414.3439.74439.74 恒载-364.5-294.3-294.3-364.5 ====== -843.56-773.86-773.86-843.56374.35590.65 46.6246.62-30.67-30.67-30.67-30.67 12.5637.69-12.47-12.47车辆荷载-101.8942.59-69.6474.84 ====== 34.1534.15-132.5611.92-100.3144.17 (6)荷载效应组合,按《公路桥涵设计通用规范》第4.1.6条进行承载能力极限状态效应组合

γ0Sud=γ0(1.2SGK+1.4SQK)(γ0=1.0)

MA=1.2×(-843.56)+1.4×(-132.56)=-1197.86kN·m MB=1.2×(-773.36)+1.4×(11.92)=-911.34kN·m MC=1.2×(-773.36)+1.4×(-100.31)=-1068.47kN·m MD=1.2×(-843.56)+1.4×(44.17)=-950.43kN·m N1=1.2×(374.35)+1.4×(12.56)=466.8kN N2=1.2×(590.65)+1.4×(37.69)=761.55kN N3= N4=1.2×(439.74)+1.4×(34.5)=575.98kN

P3、构件跨中截面内力计算 (1)顶板(图1-6) MBBN1CMC x= LP/2=4.5m

xP=1.2×97.72+1.4×10.33=131.73kN/m

LPNx= N1=466.8kN

N3N4N1x2Mx=MB+N3x-P=-911.34+575.98×4.5-131.73

2MV×

4.5=346.80kN·m 22图1-6Vx=P·x- N3=131.73×4.5-575.98=16.805kN

(2)底板(图1-7) w1=P+ q车-32e车hp=1.2×97.72+1.4×(10.33-3/92×4.37×11.52) 2Lp=101.76kN/m

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w2=P+ q车+

32e车hp=1.2×97.72+1.4×(10.33+3/92×4.36×11.52) 2Lpw2w1N2MAAx3 =161.69kN/m x= LP/2=4.5m Nx= N2=761.55kN Mx=MA+N3x- w1

xx-(w2-w1)

26LP2DMDN2LPN3N4MV图1-74.52=-1197.86+575.98×4.5-101.76×

24.53 -×(161.69-101.76)=262.60kN·m 694.52x2Vx=w1x+(w2-w1)- N3=101.76×4.5+×(161.69-101.76)-575.98

292LP =-50.63kN

(3)左侧墙(图1-8)

w1=1.2ep1+1.4 e车=1.2×30.67+1.4×4.36 =42.91kN/m

w2=1.2ep2+ 1.4e车=1.2×137.15+1.4×4.36 =170.68kN/m x= hP/2=5.75m Nx= N3=575.98kN

x2x3Mx=MB+N1x- w1-(w2-w1)

26hPN3MBw1BxN1MVAw2MAN3N25.7525.753=-911.34+466.8×5.75-42.91×-×(170.68-42.91)

611.52=711.37kN·m

5.752x2Vx=w1x+(w2-w1)- N1=42.91×5.75+×(170.68-42.91)-466.8

211.52hP=-36.40kN

(4)右侧墙(图1-9) x= hP/2=5.75m

w1=1.2ep1=1.2×30.67=36.8kN/m w2=1.2ep2=1.2×137.15=164.58kN/m Nx=N4=575.98kN

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hp图1-8箱涵结构计算书

x2x3Mx=MC+N1x- w1-(w2-w1)

26hP5.752=-1068.47+466.8×5.75-36.8×-

25.753×(164.58-36.8)

611.5N4MCVMN1xCw1hpN2DMDN4w2 =655.22kN·m

图1-95.752x2Vx=w1x+(w2-w1)- N1=36.8×5.75+×(164.58-36.8)-466.8

211.52hP=-71.52kN

(5)构件内力汇总表(表1-2) 表1-2

VdVd 内力NdNdMdMd(kN·m)(kN)(kN)(kN·m)(kN)(kN)构件

跨中截面端点BB-C (顶板)-911.34466.8575.98346.8466.816.81 跨中截面端点AA-D

(底板)-1197.86761.55575.98262.60761.55-50.63 跨中截面端点BB-A

(左侧墙)-911.34575.98466.8711.37575.98-36.40 跨中截面端点CC-D

(右侧墙)-1068.47575.98466.8655.22575.98-71.52

(四)截面设计 1.顶板(B-C)

钢筋按左右对称,用最不利荷载计算。 (1)跨中

l0=9.0m,h=1.0m,a=0.06m,h0=0.94m。

e0=

Md346.8 ==0.74m Nd466.8Md(kN·m)Nd(kN)Vd(kN)端点C-1068.47466.8-575.98端点D-950.43761.55-575.98端点A-1197.86575.98-761.55端点D-950.43575.98-761.55bh21.02==0.2887 i=

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l09.0==31.17>17.5 0.2887i由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.3.10条

1=0.2+2.7

e00.74=0.2+2.7×=2.32>1.0,取1=1.0 h00.94l09.0=1.15-0.01×=1.06>1.0,取2=1.0 h1.022=1.15-0.01h0η=1+

1400e00.94l09.012=1+1.01.0=1.073

14000.741.0h2由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.3.5条

h1.0e=ηe0+-a=1.073×0.74+-0.06=1.234m

22xγ0Nde=fcdbx(h0-)

2x1.0×466.8×103×1234=11.5×1000×X×(940-)

2解得x=55mm<ξbh0=0.56×940=526.4mm,为大偏心受压构件。

fcdbx0Nd11.51000551.0466.8103AS===591.78mm2

fsd280用Ф16@100mm,实际AS=2009.6mm2 100AS1002009.6==0.21>0.2 bh01000940满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第9.1.12条的规定。

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.2.9条: 0.51×10-3

-3

fcu,kbh0=0.51×10×25×1000×940

=2397kN>γ0Vd=1.0×16.81kN=16.81kN

抗剪截面尺寸符合规定。

0.5×10-3α2ftdbh0=0.5×10-3×1.0×1.23×1000×940 =578.1kN>γ0Vd=1.0×16.81kN=16.81kN 仅需按构造设置抗剪钢筋。

(2)节点

l0=9.0m,h=1.5m,a=0.06m,h0=1.44m。 e0=

Md1068.47 ==2.29m Nd466.8- 8 -

箱涵结构计算书

bh21.52==0.433 i=

1212l09.0==20.79>17.5 i0.433由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.3.10条

1=0.2+2.7

e02.29=0.2+2.7×=4.49>1.0,取1=1.0 h01.44l09.0=1.15-0.01×=1.09>1.0,取2=1.0 h1.522=1.15-0.01

h0l01.449.0η=1+12=1+1.01.0=1.016

1400e0h14002.291.5由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.3.5条 h1.5e=ηe0+-a=1.016×2.29+-0.06=3.017m

22xγ0Nde=fcdbx(h0-)

2x1.0×466.8×103×3017=11.5×1000×X×(1440-)

2解得x=88mm<ξbh0=0.56×1440=806mm,为大偏心受压构件。

fcdbx0Nd11.51000881.0466.8103AS===1947mm2

fsd2802用Ф20@100mm,实际AS=3140mm2 100AS1003140==0.218>0.2 bh010001440满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第9.1.12条的规定。

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.2.9条: 0.51×10-3

-3

fcu,kbh0=0.51×10×25×1000×1440

=3672kN>γ0Vd=1.0×575.98kN=575.98kN

抗剪截面尺寸符合规定。

0.5×10-3α2ftdbh0=0.5×10-3×1.0×1.23×1000×1440 =885.6kN>γ0Vd=1.0×575.98kN=575.98kN 仅需按构造设置抗剪钢筋。

2.底板(A-D)

钢筋按左右对称,用最不利荷载计算。 (1)跨中

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箱涵结构计算书

l0=9.0m,h=1.0m,a=0.06m,h0=0.94m。 e0=

Md262.60 ==0.345m Nd761.55bh21.02==0.2887 i=

1212l09.0==31.17>17.5 0.2887i由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.3.10条

1=0.2+2.7

e00.345=0.2+2.7×=1.19>1.0,取1=1.0 h00.94l09.0=1.15-0.01×=1.06>1.0,取2=1.0 h1.022=1.15-0.01h0η=1+

1400e00.94l09.012=1+1.01.0=1.16

14000.3451.0h2由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.3.5条

h1.0e=ηe0+-a=1.16×0.345+-0.06=0.84m

22xγ0Nde=fcdbx(h0-)

2x1.0×761.55×103×840=11.5×1000×X×(940-)

2解得x=61mm<ξbh0=0.56×940=526.4mm,为大偏心受压构件。

fcdbx0Nd11.51000611.0761.55103AS===-214.3mm2

fsd280按构造配筋用Ф16@100mm,实际AS=2009.6mm2 100AS1002009.6==0.21>0.2 bh01000940满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第9.1.12条的规定。

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.2.9条: 0.51×10-3

-3

fcu,kbh0=0.51×10×25×1000×940

=2397kN>γ0Vd=1.0×50.63kN=50.63kN

抗剪截面尺寸符合规定。

0.5×10-3α2ftdbh0=0.5×10-3×1.0×1.23×1000×940 =578.1kN>γ0Vd=1.0×50.63kN=50.63kN 仅需按构造设置抗剪钢筋。

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箱涵结构计算书

(2)节点

l0=9.0m,h=1.5m,a=0.06m,h0=1.44m。 e0=

Md1197.86 ==1.57m Nd761.55bh21.52==0.433 i=

1212l09.0==20.79>17.5 i0.433由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.3.10条

1=0.2+2.7

e01.57=0.2+2.7×=3.14>1.0,取1=1.0 h01.44l09.0=1.15-0.01×=1.09>1.0,取2=1.0 h1.522=1.15-0.01h0η=1+

1400e01.44l09.012=1+1.01.0=1.024

14001.571.5h2由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.3.5条

h1.5e=ηe0+-a=1.024×1.57+-0.06=2.30m

22xγ0Nde=fcdbx(h0-)

2x1.0×761.55×103×2300=11.5×1000×X×(1440-)

2解得x=108mm<ξbh0=0.56×1440=806mm,为大偏心受压构件。

fcdbx0Nd11.510001081.0761.55103AS===1716mm2

fsd280用Ф20@100mm,实际AS=3140mm2 100AS1003140==0.218>0.2 bh010001440满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第9.1.12条的规定。

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.2.9条: 0.51×10-3

-3

fcu,kbh0=0.51×10×25×1000×1440

=3672kN>γ0Vd=1.0×575.98kN=575.98kN

抗剪截面尺寸符合规定。

0.5×10-3α2ftdbh0=0.5×10-3×1.0×1.23×1000×1440

- 11 -

箱涵结构计算书

=885.6kN>γ0Vd=1.0×575.98kN=575.98kN 仅需按构造设置抗剪钢筋。

3.左、右侧墙(B-A、C-D)

钢筋按左右对称,用最不利荷载计算。 (1)跨中

l0=11.5m,h=1.0m,a=0.06m,h0=0.94m。 e0=

Md711.37 ==1.235m Nd575.98bh21.02==0.2887 i=

1212l011.5==39.83>17.5 0.2887i由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.3.10条

1=0.2+2.7

e01.235=0.2+2.7×=3.75>1.0,取1=1.0 h00.94l011.5=1.15-0.01×=1.035>1.0,取2=1.0 h1.022=1.15-0.01h0η=1+

1400e00.94l011.512=1+1.01.0=1.072

h14001.2351.02由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.3.5条 h1.0e=ηe0+-a=1.072×1.235+-0.06=1.764m

22xγ0Nde=fcdbx(h0-)

2x1.0×575.98×103×1764=11.5×1000×X×(940-)

2解得x=100mm<ξbh0=0.56×940=526.4mm,为大偏心受压构件。

fcdbx0Nd11.510001001.0575.98103AS===2050mm2

fsd280按构造配筋用Ф18@100mm,实际AS=2543mm2 100AS1002543==0.27>0.2 bh01000940满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第9.1.12条的规定。

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.2.9条: 0.51×10-3

-3

fcu,kbh0=0.51×10×25×1000×940

- 12 -

箱涵结构计算书

=2397kN>γ0Vd=1.0×71.52kN=71.52kN

抗剪截面尺寸符合规定。

0.5×10-3α2ftdbh0=0.5×10-3×1.0×1.23×1000×940 =578.1kN>γ0Vd=1.0×71.52kN=71.52kN 仅需按构造设置抗剪钢筋。

(2)节点

l0=11.5m,h=1.5m,a=0.06m,h0=1.44m。 e0=

Md1197.86 ==2.08m Nd575.98bh21.52==0.433 i=

1212l011.5==26.56>17.5 i0.433由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.3.10条

1=0.2+2.7

e02.08=0.2+2.7×=4.1>1.0,取1=1.0 h01.44l011.5=1.15-0.01×=1.07>1.0,取2=1.0 h1.522=1.15-0.01h0η=1+

1400e01.44l011.5=1+121.01.0=1.029

14002.081.5h2由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.3.5条

h1.5e=ηe0+-a=1.029×2.08+-0.06=2.83m

22xγ0Nde=fcdbx(h0-)

2x1.0×575.98×103×2830=11.5×1000×X×(1440-)

2解得x=104mm<ξbh0=0.56×1440=806mm,为大偏心受压构件。

fcdbx0Nd11.510001041.0575.98103AS===2214mm2

fsd280用Ф20@100mm,实际AS=3140mm2 100AS1003140==0.218>0.2 bh010001440满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第9.1.12条的规定。

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.2.9条:

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箱涵结构计算书

0.51×10

-3

-3

fcu,kbh0=0.51×10×25×1000×1440

=3672kN>γ0Vd=1.0×761.55kN=761.55kN

抗剪截面尺寸符合规定。

0.5×10-3α2ftdbh0=0.5×10-3×1.0×1.23×1000×1440

=885.6kN>γ0Vd=1.0×761.55kN=761.55kN 仅需按构造设置抗剪钢筋。

(五)基底应力验算 1.箱涵自重产生应力

V25(1.010210.51.020.50.52)P箱===103.75kN/m2

L102.涵顶土重产生应力

P土=γ1H=20.2×3.6=72.72kN/m2 3.箱涵内水重产生应力

V10810.5 P水===84 kN/m2

L104.汽车活载产生应力 由图1-7 w1=q车-32e车hp=10.33-3/102×4.37×12.52=-10.15kN/m 2Lp3222e=10.33+3/10×4.36×12.5=30.76 kN/m h车p2Lpw2=q车+

P活=w1L+

(w2w1)L30.7610=0+=153.6kN 22偏心距

e=10/2-10/3=1.67m

单位长度竖向力N= P箱L+ P土L+ P水L+ P活=1037.5+727.2+840+153.6

=2758.3kN

M= P活×e=153.6×1.67=256.5kN·m 5.基底应力

由《公路桥涵地基与基础设计规范》

NM2758.3256.5291.22===kPa<[σ0]=275.8315.39AW101.0102260.446380kPa,满足要求。

复核人:

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