工程诊治与运维理论方法

• 面向桥梁拉吊索护套的三阶段表观病害检测流程

  刘玉静;栗竞帆;范毅;张佰林;朱尧于;魏晓晨;刘宇飞;

  拉吊索护套的表观病害直接关系桥梁结构的安全冗余与使用寿命。然而，大景深成像、复杂背景及索体长度带来的信息割裂，仍制约着拉吊索护套表观病害自动化检测精度。针对现有研究中数据预处理不足与整体性分析缺失的问题，构建了一套涵盖实例分割背景去除、图像拼接、YOLO检测验证三阶段智能检测流程。首先，设计了基于微调后的U2-Net对爬索机器人实采图像进行像素级裁剪，消除背景干扰并保留护套精细特征；随后，采用改进区域SIFT特征匹配实现纵向展开与横向拼接，获得索体图像拼接结果；最后通过针对护套表观病害任务改进后的YOLOv5目标检测模型验证上述流程的有效性。在涵盖1500幅原始缺陷图像的自建数据集上，修改后的模型mAP@0.5指标相比基础YOLOv5提升2.8%。三阶段检测流程能够有效提升拉吊索护套病害的检测精度，并为后续拉吊索病害的三维定位与寿命评估提供高质量数据支撑。

  2025年07期 v.55;No.630 11-20页 [查看摘要][在线阅读][下载 1639K]
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• 考虑初始随机缺陷的钢筋混凝土剪力墙建模方法及抗震性能

  朱成发;于泽明;马国儒;高猛;宋腾飞;杨亚晗;胡晓辰;王道永;

  随着建筑结构检测技术的不断进步，现有结构中混凝土不密实、空洞等一些隐伏缺陷逐渐被检测出来。隐伏缺陷常形成于混凝土浇筑期间，由于振捣不密实、粗骨料阻碍或钢筋遮挡所致，具有很高的随机性。为此，针对钢筋混凝土结构缺陷检测汇总分析，表征不密实缺陷的随机分布情况，利用ABAQUS与Python，建立含随机缺陷的有限元模型，分析了不同建模方法及不同缺陷率对结构抗震性能的影响，同时对有限元建模方法进行了试验验证。结果表明，在有限元模型中使用随机单元法和随机球体法模拟剪力墙的随机缺陷均能满足计算要求，且随机单元法的计算效率更高。缺陷率对剪力墙抗震性能的影响主要表现在初始刚度退化和承载力降低方面，同时缺陷的存在对混凝土开裂与破坏趋势存在较大影响。

  2025年07期 v.55;No.630 21-29页 [查看摘要][在线阅读][下载 2201K]
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工程诊断与性能提升技术

• 一种用于桩基缺陷超声成像的神经网络算法

  谭子阳;周小勇;

  超声波法以无损性、准确性高等特点在桩基质量检测中应用广泛。传统超声波透测法依据声速、波幅及PSD等二维波形图进行缺陷判断，检测结果的可读性、直观性相对较差。基于修正的残差卷积神经网络算法（M-ResNet），通过射线追踪法构建原始超声波数据集，利用深度学习技术训练网络模型，采用MATLAB编制代码显示3D桩基础缺陷图像和检测结果。缺陷图像评价指标ICC、CCC及算法抗噪测试表明：该算法速度快、检测精度高，能直观显示缺陷范围和大小，在成像方面比传统方法更具优势。该方法可直接利用传统超声波法的仪器和测试数据进行3D图形显示和缺陷检测，研究成果可在类似工程检测中推广应用。

  2025年07期 v.55;No.630 51-59页 [查看摘要][在线阅读][下载 1749K]
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• 钢管混凝土（CFST）四肢柱-双腹板肩梁的开裂机理与加固方法

  赵轩;廖栩;胡朝晖;刘俊;聂影;陈思雨;李贤;刘西光;

  目前我国重级工作制的工业厂房的肩梁结构在吊车反复荷载作用下普遍出现开裂，严重威胁着厂房的生产安全。为探究四肢钢管混凝土柱-双腹板肩梁疲劳开裂机理与疲劳寿命，通过四肢钢管混凝土（CFST）柱-双腹板肩梁的现场检测，探讨了影响肩梁吊车肢正交焊接区域疲劳强度的关键因素。采用有限元模型对8种不同工况下的四肢钢管混凝土柱-双腹板肩梁开展了拟静态疲劳裂纹扩展模拟，结果与实际开裂模式吻合。通过结构主应力分布分析了吊车梁纵向偏心、肩梁支座局部悬空与肩梁吊车肢应力损伤的关系，最后基于线弹性断裂力学分析得出，当吊车梁纵向偏心率为42.5%时，造成腹板与柱肢竖向连接焊缝抗剪疲劳寿命降低52.2%；当肩梁支座50%悬空时，腹板与加劲肋竖向连接焊缝剪切疲劳寿命降至30万次以下。为改善荷载偏心后肩梁吊车肢易开裂的问题，提出了焊接竖向钢板的加固方法。该方法有效改善了肩梁吊车肢荷载传递机制，目前已成功应用于国内多个重型冶金工业厂房。

  2025年07期 v.55;No.630 60-69页 [查看摘要][在线阅读][下载 1931K]
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工程运维技术

• 软土基坑开挖对上部历史建筑影响的三维力学分析

  顾正瑞;徐中华;王卫东;胡耘;

  上海黄浦区160街坊改造项目涉及在历史建筑下方开发地下空间，创新性地利用基坑的首道支撑作为历史建筑平移平台并与基坑开挖同步地往复平移，成功实现在基坑正上方保留历史建筑的情况下完成基坑开挖和地下结构建造。建立考虑土与基坑支护结构及地上历史建筑共同作用的复杂三维有限元模型，采用能考虑土的小应变特性的HS-Small高级本构模型并确定合理的计算参数，对历史建筑下方基坑开挖进行全过程模拟，通过对比基坑变形计算值和实测值验证分析方法的合理性。在此基础上，系统分析基坑开挖对上部保留历史建筑物的影响，结果表明，建筑物的变形和受力可控，安全得到了保障，也说明基于小应变本构模型的三维分析能较好地评价地下空间开发对上部建筑物的影响。

  2025年07期 v.55;No.630 87-95页 [查看摘要][在线阅读][下载 1814K]
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• 基于长短期记忆神经网络的钢桥面板疲劳损伤预后

  马开臣;许杨铭;江林松;邢松;王谐;

  正交异性钢桥面在大量的车流荷载下容易发生疲劳损伤，对于桥梁的安全健康运营造成严重威胁。利用海量的桥梁健康监测数据，实现正交异性钢桥面板的疲劳损伤度的预测，提出了一种基于长短期记忆神经网络的钢桥面板疲劳损伤预后方法，可以实现对钢桥面板的中长期疲劳损伤预后，提前了解桥梁的健康状况，为钢桥的疲劳评估提供有效参考。首先对长短期记忆网络和疲劳损伤序列的特点进行了研究分析，疲劳损伤序列本质上就是一种时间序列，十分适合使用长短期记忆网络进行建模预测，然后以某一大跨公路斜拉桥的监测数据作为研究对象，分析了顶板与纵肋焊接细节和横隔板与纵肋交叉构造细节两类疲劳构造细节的4个测点的应力特征和损伤序列特征，选择每小时损伤度序列为数据集进行训练，探究了模型隐藏层数、隐藏层神经元数目、预测输出步长、数据集规模、模型预测方式和模型更新方式对模型预测精度的影响，搭建了一个实现中长期的长短期记忆神经网络，能够实现对两个疲劳构造细节1个月后的疲劳损伤的精准预测。

  2025年07期 v.55;No.630 109-118页 [查看摘要][在线阅读][下载 1831K]
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工程诊治与运维数智化

• 基于数字图像相关技术的厅堂式木构建筑斗拱受压破坏模式及裂纹扩展特性研究：以崇善寺大悲殿为例

  杨彦勋;邬樱;李爱群;邓扬;侯妙乐;王小龙;赵慧强;

  为研究数字图像相关技术（DIC）在木质文物保护中的适用性及木材各向异性导致斗拱受压状态下的复杂损伤特征，首先采用新材验证DIC在木材力学性能检测的适用性，再对崇善寺替换下来的斗拱原始构件应用DIC技术获取其压缩弹性常数，并基于DIC分析了表面应变场演化和裂纹扩展过程。结果显示：1)DIC在木材检测时具有较好的可靠性和更好的鲁棒性，弹性模量与传统方法结果偏差平均值为8.29%，各项参数变异系数平均值为8.07%;2）采用DIC测取了斗拱木材压缩弹性参数，顺纹向和弦向的比例极限强度和弹性模量之比分别为9.51和24.56;3）斗拱木材顺纹向受压试块表面产生了横竖向、斜竖向复合劈裂和斜向劈裂，径向产生了面外压弯和剪切斜裂纹，弦向整体压弯；4）裂纹演化呈现三阶段特征，顺纹向试块最大裂纹长度增长率出现在裂纹宏观化阶段，为1.35 mm/s，径向和弦向出现在裂纹扩展阶段，分别为2.08 mm/s和0.94 mm/s。

  2025年07期 v.55;No.630 119-130页 [查看摘要][在线阅读][下载 1775K]
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• 基于机器视觉的钢结构工程运维关键技术研究现状

  陈飞圻;薛江;逯鹏;王剑;丁代伟;

  系统梳理了机器视觉在螺栓松动与缺失检测、焊缝缺陷识别、局部变形监测与锈蚀位置及程度评估等方面的研究进展。针对传统方法依赖手工特征、环境适应性差的问题，深度学习与三维重建技术实现了特征自动提取、多尺度检测与空间形态量化，显著提升了检测的准确性与智能化水平。为应对复杂背景干扰和小目标漏检，研究中引入了注意力机制、特征金字塔、多模态数据融合与半监督迁移学习等方法，优化了模型性能与泛化能力。然而，现有技术仍面临数据集多样性不足、算法鲁棒性和实时部署能力受限等挑战。未来发展方向包括：强化多模态协同感知与三维重构融合、构建持续学习与自适应模型、实现云端实时分析与边缘轻量化部署，并推进智能检测与数字孪生体系的深度结合，推动钢结构运维检测向全自动化、智能化、系统化转型。

  2025年07期 v.55;No.630 131-142页 [查看摘要][在线阅读][下载 1508K]
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• 基于改进YOLO模型的钢筋混凝土构件震后损伤检测

  陈梓潇;宋成浩;胡晓斌;

  首先开展了钢筋混凝土（RC）柱抗震试验，在此基础上考虑外部数据，建立了RC构件震后损伤数据集。然后采用FasterNet网络代替YOLOv5模型的骨干网络，并在Neck网络中引入C3Ghost模块和GhostConv，提出了一种轻量级模型FG-YOLOv5。对该模型进行了训练和测试，并开展了消融试验，最后将其部署至智能手机上，实现了RC构件震后损伤的快速检测。结果表明：相对于普通卷积，部分卷积及GhostConv可以大大地降低计算量；引入FasterNet网络、C3Ghost模块及Ghostconv对YOLOv5模型进行轻量化，可在检测精度提高的情况下，大大降低模型大小及计算量；该研究提出的FG-YOLOv5模型，可方便地部署在手机上，实现RC构件震后损伤快速检测。

  2025年07期 v.55;No.630 143-151页 [查看摘要][在线阅读][下载 1548K]
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• 基于SSG-YOLOv8n模型的砖砌墙体裂缝形态识别方法

  陈逵;赵亚伟;王光明;梁建国;

  砖砌墙体裂缝的形成与发展是一个渐进过程，管理单位若在日常排查中忽视其动态变化，极易对人民生命财产安全构成威胁。针对传统人工检测方法存在的高风险、低效率、高成本等问题，提出一种改进的SSG-YOLOv8n模型。该模型在YOLOv8n基础架构上，通过引入SPD Conv卷积模块、增设小目标检测头并嵌入SAFM注意力机制模块，有效提升砖砌墙体裂缝形态的识别检测精度。试验数据显示，改进模型的mAP@50指标较原始YOLOv8n模型提升4.3%。为平衡检测精度提升与模型复杂度控制，进一步集成GhostNet轻量化模块，在保持精度优势的同时，显著降低浮点运算量、参数量及模型尺寸。试验结果表明：改进后的模型兼具检测精度与计算效率优势。

  2025年07期 v.55;No.630 152-161页 [查看摘要][在线阅读][下载 1544K]
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• 基于无人机视觉图像的隐框玻璃幕墙托条缺失检测方法与应用研究

  袁峥嵘;夏心红;何益斌;阳波;姚文轩;杜志彬;

  横向隐框玻璃幕墙是一种常见的外围护结构形式，下边缘托条的缺失直接影响幕墙结构运维阶段的安全。以横向隐框玻璃幕墙托条为研究对象，提出一种托条缺失的无损检测方法，利用无人机负载可见光设备和红外热像仪对横向隐框玻璃幕墙托条进行数据采集，构建建筑三维模型，引入深度学习的目标检测算法YOLOv8对玻璃幕墙红外图像进行托条目标检测，将筛选出来的玻璃幕墙托条缺失结果形成数据集，实现缺陷在三维模型中可视化定位与随时调取，并可生成横向隐型玻璃幕墙托条缺失检测的应用报告，明确托条缺失位置、数量，形成一套从数据采集、数据处理到数据展示的完整巡检应用流程与可视化软件平台，用于了解幕墙结构健康状态，指导幕墙结构运维，延长其使用寿命。

  2025年07期 v.55;No.630 162-170页 [查看摘要][在线阅读][下载 2378K]
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城乡规划和建筑理论

• 传统聚落空间形态水适应性研究：概念梳理及框架构建

  刘哲;李云若;刘伟波;艾尚宏;

  传统聚落的水适应性研究可理解其空间形态演化的基本规律，为聚落的可持续发展提供历史依据。近40年来，虽该领域的研究受到广泛且持续的关注，却缺乏概念的普遍认知和框架的系统建构。本研究试图通过搜集、梳理及归纳国内外相关文献解决上述缺失：采用CiteSpace可视化工具分析研究的历史进程及关注热点；辨析水适应性的相关概念与内涵；建构空间形态水适应性研究的内容框架；分析研究的重点议题；评述目前研究的问题并展望研究趋势。

  2025年07期 v.55;No.630 171-181页 [查看摘要][在线阅读][下载 1769K]
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• 基于空间品质粒度的旧城更新区域划定研究——以呼和浩特市历史城区为例

  胡园梦;张立恒;杨宇珺;王梓鉴;

  针对城市空间品质研究尺度敏感性低、研究落地性弱的问题，在最佳分析粒度的基础上依据空间品质特征划定更新区域，成为城市品质指导城市更新的有效途径。选取呼和浩特市历史城区为研究对象，基于空间品质测度指标的空间自相关性探索历史城区空间品质的最佳空间粒度，识别空间品质的分布特征；根据历史城区的主客观品质的空间分异特征、差异及内在影响机制来指导城市更新区域划定。结果显示：1)350～400 m为呼和浩特市旧城空间品质研究的最佳空间粒度；2）依据客观空间品质特征划定更新区域，即重点改造、鼓励改造、一般改造和保留区，再依据主客观空间品质匹配度指数确定更新时序，即近期、中期和远期改善区；3）依据客观建成环境指标对主观品质的影响机制识别更新区域类型，对应更新途径。研究技术逻辑的构建对空间规划实践过程中划定更新区域、明确更新时序、找准更新途径具有理论与实践意义。

  2025年07期 v.55;No.630 182-193页 [查看摘要][在线阅读][下载 2423K]
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工程结构和结构防灾

• 配筋空心方钢管高强混凝土柱轴压本构关系和有限元建模方法研究

  赵木子;徐成彦;龚超;吴旭君;侯兆新;

  现有研究对空心率、内置钢筋配筋率等参数对配筋空心方钢管高强混凝土柱轴压本构关系及有限元建模方法的影响考虑不足，且用于建立现有本构关系模型的钢管高强混凝土试验数据偏少，各模型所使用的数据间存在一定差异。为此，针对配筋空心方钢管高强混凝土柱轴压本构关系和有限元建模方法开展系列研究，在所搜集到的57组配筋空心方钢管高强混凝土与方钢管高强实心混凝土轴压性能试验数据基础上，通过理论推导与回归分析相结合的方法，建立了可靠的混凝土与钢材的本构关系模型，并提出了相应有限元建模方法。随后，采用搜集到的试验数据对所提模型的准确性进行了验证。结果表明：所提模型可较好地预测试件的轴压荷载-位移曲线；轴压承载力、峰值应变以及峰值后的残余承载力预测结果与相应试验结果之比的平均值分别为0.975、0.981、1.034，变异系数分别为0.088、0.205、0.179。

  2025年07期 v.55;No.630 194-203页 [查看摘要][在线阅读][下载 1658K]
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• UHPC连接的装配式混凝土框架抗震性能试验研究及参数分析

  陈刚;聂鑫鑫;郑七振;陈威钢;江海洋;

  提出了一种“梁柱预制，节点预制，构件后浇UHPC连接”的新型装配式框架结构形式，设计了一榀预制装配式框架和一榀现浇框架，并对其依次开展拟静力试验，研究结构的抗震性能。结果表明：新型装配式框架的整体抗震性能达到等同现浇的要求。然后利用有限元软件建立预制框架模型，数值模拟结果与试验结果进行比较，混凝土破坏形态相似，屈服荷载和最大承载力相差不大，耗能能力接近，滞回曲线和骨架曲线吻合度较高。在此基础上，分别研究了预制框架模型梁纵筋配筋率、柱轴压比和混凝土强度对新型装配式框架抗震性能的影响。结果表明：随着梁纵筋配筋率的增大，承载力显著提高，耗能能力有所降低，位移延性呈现先增大后减小的趋势，配筋率为1.3%时位移延性达到最大值；柱子轴压比在0.75以内变化时，随着轴压比的增大，预制框架承载力变化不大，保持在一个较高的水平，但延性和耗能能力降低；随着混凝土强度的提高，预制框架承载力增大，结构延性降低，当混凝土等级超过C50后，预制框架的承载力不再提高。

  2025年07期 v.55;No.630 204-215页 [查看摘要][在线阅读][下载 2840K]
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• 轴心受压冷弯薄壁等肢卷边角钢屈曲性能试验与设计方法研究

  姚行友;刘亚菲;郭彦利;阮楚航;陈厚;

  为了研究冷弯薄壁等肢卷边角钢柱的屈曲和相关屈曲性能及稳定承载力设计方法，首先对32根LQ550冷弯薄壁等肢卷边角钢进行了轴压试验，结果表明：宽厚比小的长柱发生弯扭屈曲，宽厚比较大的短柱发生局部屈曲，其他试件发生局部屈曲和弯扭屈曲的相关屈曲，且扭转存在屈曲后强度。采用ABAQUS有限元软件对试件进行了模拟，模拟结果与试验结果吻合良好，表明建立的有限元分析模型是可信的。随后采用有限元模型分析长细比、宽厚比、卷边分肢比等参数对等肢卷边角钢构件轴压性能的影响，结果表明：试件极限承载力随着长细比的增加而大幅下降；长度相同时，极限承载力随宽厚比的增大而增大；增大构件的卷边也会增大极限承载力，但当卷边产生局部屈曲时，试件极限承载力增长减缓。最后基于试验结果提出了轴心受压冷弯薄壁等肢卷边角钢承载力的建议计算方法，将计算结果对比试验和参数分析结果，表明建议方法是准确可行的。

  2025年07期 v.55;No.630 216-226页 [查看摘要][在线阅读][下载 1815K]
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• 螺栓拉剪疲劳试验研究

  曹宝雅;丁玉昂;杨冰沂;李爱群;成思危;邓扬;

  实际工程结构中的螺栓可能处于拉剪复合受力状态，而规范仅给出了纯拉和纯剪荷载作用下的螺栓疲劳寿命计算方法，因此需要开展螺栓拉剪疲劳试验研究。基于一种螺栓拉剪疲劳试验装置，分别开展了0°纯拉、30°拉剪、45°拉剪、60°拉剪和90°纯剪5种不同角度下的螺栓疲劳试验，对比分析了拉剪角度对螺栓疲劳寿命的影响。基于Mises应力统一了不同角度下螺栓拉剪S-N曲线，并讨论了螺栓材料、直径对其疲劳寿命的影响。研究结果表明：加载力相同的情况下，与纯拉伸或纯剪切相比，拉剪复合受力状态下螺栓更容易发生疲劳破坏。在不同拉剪角度下，螺栓疲劳寿命均随材料强度的增大而增大，并给出了不同角度下螺栓材料影响系数，相对于8.8级高强螺栓，4.8级和6.8级螺栓疲劳强度分别降低5%和2%左右，10.9级高强螺栓的疲劳强度增大约21%。应力相同时，随螺栓直径的增大，螺栓疲劳寿命先增大后减小，相对于M8螺栓，M16、M30和M42螺栓的直径放大系数分别约为1.24、1.37和1.07。

  2025年07期 v.55;No.630 227-236页 [查看摘要][在线阅读][下载 1934K]
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• 不锈钢高强度螺栓连接预紧力松弛试验研究

  余雷;吴典含;王辉;郑宝锋;

  预紧力松弛规律是高强度螺栓连接的施拧工艺确定和质量检验的重要依据。对喷砂、拉丝、机械刻痕、喷涂抗滑移漆、热轧和镜面6种摩擦面处理工艺下，10组不锈钢高强度螺栓连接标准试件中螺栓预紧力进行了长时间跟踪。结果表明：在终拧完成后预紧力迅速衰退，且随着时间的推移松弛速率逐渐变缓，施拧后1 h的衰退量占总衰退量的50%,24 h后损失趋于平稳；摩擦面抗滑移系数越大，螺栓预紧力松弛也越多。对试验中所有试件的螺栓预紧力松弛规律进行了统计，拟合了松弛规律曲线。结果表明，对于试验中的试件，具有95%保证率的预紧力松弛最终值约为7.2%，该值与同等条件下钢结构高强度螺栓连接相近。基于此，建议不锈钢高强度螺栓连接预紧力检查在终拧6 h后、24 h前完成。

  2025年07期 v.55;No.630 237-244页 [查看摘要][在线阅读][下载 3237K]
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高性能建筑材料

• 复合盐作用下泡沫混凝土耐久性能试验研究

  贺康泽;王康宇;叶林杰;朱嘉煜;

  设计泡沫混凝土在氯盐+硫酸盐复合盐溶液作用下侵蚀试验、抗压强度测试、微观试验等，探究复合盐环境对泡沫混凝土质量变化、抗压强度、微观结构等耐久性能的影响。结果表明，复合盐溶液侵蚀作用下，早期试件表面附着有大量白色晶体，试件损伤最早出现在试件棱角处；密度越高的泡沫混凝土在复合盐盐蚀作用后表面损伤越小；在复合盐溶液侵蚀作用下泡沫混凝土试件质量变化率和密度密切相关，且试件质量变化规律总体表现为先增大后减小；泡沫混凝土抗复合盐侵蚀能力随密度的增加而增强，主要表现在试件表观损伤、质量变化及强度变化上；两种盐类之间具有相互作用，Cl~-的存在会对硫酸盐腐蚀产生一定的抑制作用。

  2025年07期 v.55;No.630 245-253页 [查看摘要][在线阅读][下载 3083K]
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