钢管混凝土柱承载力验算表

足。
关 键 词 ： 管 混 凝 土 ； 作 原 理 ； 究进 展 ； 钢 工 研 剪切
１概述 袁 ｌＶ 。 的计算结果 钢管混凝土柱 的抗剪强度 由钢管和核 心 混凝土所提供 ， 它不 同于普通钢筋混凝土柱的 脆性 剪切破坏 ， 而是钢管约束混凝土受剪 ， 使强 度和塑性性能都有所提高 ，钢管混凝土构件在 受力过程中 ，钢管和核心混凝土之间存在着相 互作用以及应力重分布 ， 核心混凝土的横向 当 变形 大于钢管的横 向变形时，混凝土对外 钢管 有径 向应力状态，而钢管对核心混凝土有 约束 作用 ，这样使钢管和核心混凝土呈三维应力状 态，尤其是混凝土 ，它的工作性质起 了质 的变 化， 由脆性材料转化成塑性材料 。 ２影 响钢 管混凝土柱抗 剪承载力 的主要 因素 ２１ ．套箍指标对抗剪承载能力 的影响 钢管和混凝土在受力过程 中的相互作 用 ， 是 这类 结 构 具 有 一系 列 特殊 力学 性 能 的 根 本原 因 。 由于 这 种相 互 作 用 构成 了钢 管 混 凝 土 力学 性能的复杂性，如何正确 合理地估算这种相互 当剪跨比 很小时 ，钢管混凝土的破坏 为 Ｖ ＝卜— ＋（，５ ．５ ） ］￣ ＋０１ Ｎ ０６ —０４ Ａ ０Ａ ．８ 作用， 是准确 了解这类组合结构工作性 能的关 Ａ十 ０ （） ７ 在支座处被剪断 ， 属于剪切型破坏 ， 载到支座 荷 键所在 。通过对以往研 究者们大量的理论和试 之问的混凝土可以看成一个短柱一样被压坏 ， 结语 验研究成果的分析和总结发现 ，钢管和混凝土 这 时抗剪强度很高。故剪跨 比是影响集中荷载 在剪跨比一定 的情况下，钢管混凝土构件 之间的相互作用 ，主要表现在钢管对其核心混 作 用 下 钢 管混 凝 土抗 剪 强度 的 主要 因 素 之 一 。 的抗剪承 载力 随轴压 比增大 而增大 。当轴压 凝土的约束作用 ， 混凝土材料本身性质得到 使 由表 ２可 以得 到 ：钢管 混 凝 土 柱 的抗 剪 承 载 力 比＜ ． ，抗剪承载力随着轴压 比的增加而明 Ｏ２时 改善 ， 即强度得 以提高 ， 塑性和韧性性 能大为改 随着剪跨 比的增大而下 降。而这种剪切破坏是 显增加 ， 当轴压比达到 ０ 时 ， ． 钢管混凝土构件 ４ 善。 此外 ， 由于混凝土的存在可以延缓或 阻止钢 因为钢管和混凝土到达极限强度时发 生的 ， 的抗剪承载力增加不显著 。钢管混凝土构件在 由 管不能发生内凹的局部屈 曲； 在这种情况下 ， 不 于钢管对其核心混凝土套箍约束作用 ，使核心 剪力作用下 的破坏形态 ，视剪跨 与钢管直径比 仅钢管和混凝土材料本身的性质对钢管混凝土 混凝土处于三向受压状态 ， 延缓其纵向微裂缝 值的大小 ， 可能为弯 曲型破坏或剪切型破坏 。 前 性能的影响很大 ，且二者几何特性和物理特性 的发生和发展 ，从而使核心混凝土具有更高的 者发生于剪跨 比大的场合 ， 后者发生于剪跨 比 参数如何“ 匹配” 也将对 钢管混凝土构件力学 ， 抗压强度和压缩变形能力 ，故这种套箍效 应对 小 的场合 ，本次试验的钢管混凝土构件 的破坏 性能起着非常重要的影响。这种做法是非常合 钢管混凝土的剪切强度的影响也很大。当剪跨 皆为剪切型破坏 。提出了钢管混凝土柱 的抗剪 理 的且 已被多个试验所验证并被 国家现行规范 比和 轴 压 比一 定 时 ，抗 剪 承 载 力 随 套箍 指 标 值 承载力计算公式 ；并给出的抗剪承载力计算公 所采用。 的增大而增大 ， 两者大体为线性关系 ， 但剪跨 比 式 的基础上 ， 考虑了剪跨 比和轴压比对抗剪承 钢管混凝 土轴压短柱 的极限承载 能力按 和 轴 压 比不 同时 ， 载力 的 增 长 率不 同 。 承 载 力 的影 响 ，推 导 出 实用 的 钢 管混 凝 土 抗 剪 承 下列公计算 ： ＡＣ ３ 抗剪承载力计算公式 载力简化计算公式。 套箍指标参数 Ａ‘ （） １ 钢管混凝土的截面几何特性和材料强度特 参 考 文献 当０ １ ， ＝ ＜ 时 Ⅳ０ （＋２ ） １ ０ （） ２ 性影响其抗剪承载力， 而套箍指标 、 剪跨 比和轴 ｆ ｌ １蔡绍 怀． 代铜 管混凝 土 结构 北 京 ： 民交 现 人 当 ０ 时 ， ＝ＬＡＯ＋ ＋ ＞１ ￣ （） ３ ２ ０ ，－ ９ ． 压比也是影响的主要因素。轴力对抗剪承载力 通 出版社 ，０ ３ １１ ０ 剪跨等于零时的“ 纯剪”将 是钢管 混凝土 ， 的影 响， 是线性的， 故可用线性方程来表示这种 ［ ｃｎ ｉｅ Ｐ Ａ ｉ ｌ ｌａｅ ｏｃｅｅ—ｆｌｄ ２ Ｓｈ ｅｄｒＳ ． ｘａ ｙ ｏｄ ｄｃｎ ｒｔ ｉ ｅ １ ｌ ｌ 受剪承载力的上限 Ｖ ∽： 变化规律 ： ｓｅｌｔｂ ＳｒｔＥ ｇ９ ８ １４１） ５３． ｔｅ ｕ ｅ ｔ ． ｎ １９ ， ２（ ：１ － ８ ｕ ０ １２ － Ｖ… ＝ ｏ ＋Ａ厶 （） ４ Ｖ＝（ Ｋ ＋ ） Ａ ＋０ １ Ｎ ．８ （） ｆ 蔡绍怀， ５ ３ １ 焦占栓． 钢管混凝土短柱的基本性能和 ｖ 。 的计算结果见表 ｌ 。 式 中的待定 系数 Ｋ 、 ｃ为取决 于剪 跨 比 强度计算【 建筑结构学 ， ８， ４（： －９ ｓＫ Ｊ Ｊ ． 报 １ ４ ３ ５ ）３２ ． ９ ６１ 由表中的数据分析可知 ： 不考虑轴 向力 Ｎ 的需 由试验确定的经验系数 。 对不同的剪跨 比， Ｉ］ Ｈｈ Ｊ Ｏ１ ＧＯＵＲＬＥ ＢＣ． Ｐｅ ｅ ｔｔ ｎ ｆ ４ ＪＡＰ ７ ， Ｙ ｒｓｎａｉ ｏ ｏ 和剪跨 比人对 抗剪承 载力 的影响 ，在 ０值为 均 能 根据 试 验 结 果 通 过多 元 线性 回 归求 出它 们 ｃ ｎ ｒｔ ｆ ｉｄ ｔｂ ｓ ｔ ｆ ｍ ｌｔ ｎⅡ ｏ ｒ ａ ｏ ｏ ｅｅｅ ｉｅ －ｕ ｅ， ｏ ｕ ａ ｏ ｌＪｕ ｎ ｆ －ｌ ｒ ｉ ｌ ０３ ３Ｏ之间时 ，受剪 承载力 ｖ ，将介于 Ｏ ３ ．～ ． 。 ．～ ２ 的 Ｋ 和 Ｋ， ｓ ｃ根据统计得 出 ｈ ０５的系数 Ｋ 和 Ｓｒｃ ｒｌ ｎ ｉｅｒ ｇ２０ ， ２ （： ３ ７ ＜． ｓ ｔ ｔ ａ Ｅ ｇｎｅｉ ．０ ６ １ ３ ）７ ６＿ ｕｕ ｎ ６ ４ ０３ Ｎ 之间， ．６ 。 随着 ０值的增大 ， 钢管混凝土 的抗 Ｋ ｃ的公 式 ： 【 曲卫波淤侯朝胜， ５ Ｊ 钢管混凝土的应用 福 建建 剪承载能力也在增大 。 筑 ． ０ ．：３ ４． ２ ０２３３ —３ ： ！ ！ ２２剪跨 比和轴压 比对抗剪承载力的影 响 ． ＋ Ｏ２ ．５ 【 刘兵， ６ 】 付功义， 陈务军， 虞晓文． 圆形钢 管混凝土 在相 同轴压 比和剪跨 比情况下 ， 试验值 ｖ Ｋ 一０６ —０４ Ａ 、５ ． ５ （ ） 梁 柱 节 点 局 部 抗 拉 强度 的 研 究『１ 尔滨 工 业 ６ Ｊ． 哈 与 ， 的比 随套箍系数 ０的增大而增大 。 值 数 钢 管 混凝 土的 抗 剪 承载 力公 式 如 下： 大学学报 ，０ ３ ５增刊） ８ — ８ ． ２０ ， （ ３ ： ０ １４ １ 据 见表 ２

9200 19000
Байду номын сангаас
700 0
400 0
16 0
30 0
3044725333 0
206000 206000 Σ EI/L
6.82E+10 0.00E+00 2.07E+11
钢管混凝土柱线刚度(EaIa+EcIc)/L 位置 本层 上层 下层 K1= K2= 查表得μ = Lo=μ L= k= Le=kLo= Le/d= φ l= Nu=φ lφ eNo= N/Nu= Yre*N/Nu= 跨度L(mm) 4100 4100 4100 0.32 0.32 1.88 7708.00 0.85 6572.91 8.22 0.76 37245.55 19813.91 0.92 0.78 抗震调整系数0.85 kN kN mm > 4 mm 钢管Ia(mm4) 3729573135 3729573135 3729573135 混凝土Ic(mm4) 16376619848 16376619848 16376619848 钢管Ea(N/mm2) 206000 206000 206000 混凝土Ec(N/mm2) 34500 34500 34500 线刚度(N·mm) 3.25E+11 3.25E+11 3.25E+11
No=fcAc(1+√θ +θ )=
圆钢管混凝土单肢柱承载力计算(0.83)
设计弯矩(kN·M) 偏心距eo= fc(N/mm2) 位置 本层 上层 下层 套箍指标θ = eo/rc= φ e= 柱上端横梁线刚度之和 跨度L(mm) 12000 15040 9200 19000 梁高H(mm) 700 900 700 0 梁宽B(mm) 400 450 400 0 腹板厚tw(mm) 16 18 16 0 翼缘厚t(mm) 30 32 30 0 惯性矩I(mm4) 3044725333 6303525984 3044725333 0 弹性模量E(N/mm2) 206000 206000 206000 206000 Σ EI/L 柱下端横梁线刚度之和 跨度L(mm) 12000 15040 梁高H(mm) 700 900 梁宽B(mm) 400 450 腹板厚tw(mm) 16 18 翼缘厚t(mm) 30 32 惯性矩I(mm4) 3044725333 6303525984 弹性模量E(N/mm2) 206000 206000 线刚度(N·mm) 5.23E+10 8.63E+10 线刚度(N·mm) 5.23E+10 8.63E+10 6.82E+10 0.00E+00 2.07E+11 1637.8 89.53 23.1 钢管外径(mm) 800 800 800 1.38 0.24 0.70 ≤ 1.55 设计轴力(kN) mm fa(N/mm2) 钢管壁厚(mm) 20 20 20 295 钢管面积(mm2) 49008.85 49008.85 49008.85 混凝土面积(mm2) 453645.98 453645.98 453645.98 18292.3

数据输入
钢管外径d (mm) 820 管壁厚度t (mm) 16.0 2 315 钢材抗压强度设计值f (N/mm ) 2 345 钢材屈服强度值fy (N/mm ) 混凝土强度等级 C30 当构件处于温度变化的环境中时， 当构件处于温度变化的环境中时，请输入右值 构件偏心率 2M/Nd1 （此值仅供参考） 0.453 轴心压力N (KN) 最大弯矩M (KN·m) 计算长度l (mm) 等效弯矩系数βm 钢材弹性模量Es (N/mm ) 温度t (℃) （80≤t≤150） 永久荷载所占比例 （%）
2860.00 510.00 19000 1.0 2.06E+05
14.3 5.3E+05 4.0E+04 0.083 1.83 -0.073 56.6 47.4 3.88E+04 1.000
80 不满足
9.47 满足 10 20 30 40 50 60 70 80 Q235 ##### ##### ##### ##### ##### ##### ##### ##### 16Mn ##### ##### ##### ##### ##### ##### ##### ##### 15MnV ##### ##### ##### ##### ##### ##### ##### ##### Q235 16Mn 15MnV
二、刚度验算
构件长细比λ=4*l/d 92.7 刚度验算 λ<[λ] 构件容许长细比[λ]
三、强度验算
5.42 N/Asc (N/mm2) 0.2fscktkc (N/mm2) 当N/Asc≥0.2fscktkc时，验算 N/Asc+M/1.5Wsc≤fscktkc 当N/Asc＜0.2fscktkc时，验算 N/1.4Asc+M/1.4Wsc≤fscktkc

4L / D
矩形钢管混凝土：
D、B 分别为圆钢管截面外径或矩形钢管截面长边长和矩形钢管截面短边长， L
是柱的计算长度，具体按支撑条件确定。
（赵鸿铁. 钢和混凝土组合结构[M]. 北京. 科学出版社）
1. 轴心受力构件
根据结构的长细比、含钢率、钢材屈服强度和混凝土强度，查找钢管混凝
土柱的稳定系数 表，（韩林海，杨有福. 现代钢管混凝土结构技术(第2版)
1ckckscy???????对于矩形钢管混凝土对于圆形钢管混凝土fff??参考韩林海杨有福现代钢管混凝土结构技术钢管混凝土短柱的极限轴压承载力可表述为钢管混凝土短柱的极限轴压承载力可表述为
二．钢管混凝土承载力计算
1. 轴心受力构件 2. 偏心受力构件 3.
格构式构件
1. 轴心受力构件
对于钢管混凝土，约束效应系数是一个非常重要的因数 不同的约束效应系数钢管混凝土的应力-应变曲线有不同的变 化趋势。
(2.3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ3)
3. 格构式构件
3. 格构式构件
各肢柱的局部稳定如果满足以下条件，可不进行验算。
1 max 分别为构件在x-x和y-y方向上的换算长细比的较大值； 其中，
l1 I sc /
I sc
A
sci
为肢柱的截面惯性矩。
格构柱的缀件，应承受下能列剪力中之较大者，剪力v值可认为沿格构柱全 长不变： 1. 实际作用于格构柱上的横向剪力设计值； 2.
格构式柱分为平腹式格构式柱和斜腹式格构式柱，如图3。
图3.平腹式格构式柱和斜腹式格构式柱
3. 格构式构件
N 0 Asc f sc
偏心弯矩为：
(2.3.1)
(2.3.2)
M N 0 e0

0.0000E+00 (mm3) 0.0000E+00 (mm3)
Wy ＝ γ = G＝
0.0000E+00 (mm3)
截面抵抗矩 Wy=Iy/b*2
78.5 (kN/m3) 材料重度 γ (钢材为78.5kN/m3) 1.1147 (kN/m) 每延米自重 G=Aγ
工字形截面性质计算
b＝ t＝ bb＝ tt＝ hw tw＝ h＝ A＝ S＝ y＝ yy＝ Ix＝ Iy＝ ix＝ iy＝ Wx ＝ Wxx ＝ Wy ＝ Wyy ＝ γ = G＝ 200 16 350 16 1100 10 513 692 -9.2472E+02 6.3364E+02 -4.8482E-01 2.4103E+03 3.9206E+06 3.7588E+09 6.7925E+07 (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm3) (mm) (mm) (mm4) (mm4) (mm) (mm) 上翼缘宽 b 上翼缘厚 t 下翼缘宽 bb 下翼缘厚 tt 腹板净高 h0 腹板厚 tw 总高 h 截面面积 A 截面对上翼缘边缘轴的面积矩 S=∑Ai*yi 形心主轴到上翼缘边缘的距离 y=S/A 形心主轴到下翼缘边缘的距离 yy=h-y 惯性矩 Ix=∑(Ix1+Ai*yi^2) 惯性矩 Iy=∑(Iy1+Ai*xi^2) 回转半径 ix=sqrt(Ix/A) 回转半径 iy=sqrt(Iy/A) 截面抵抗矩 Wx=Ix/y 截面抵抗矩 Wxx=Ix/(h-y) 截面抵抗矩 Wy=Iy/b*2 截面抵抗矩 Wyy=Iy/bb*2
0.0000E+00 (mm3) 0.0000E+00 (mm3) 0.0000E+00 (mm3) 0.0000E+00 (mm3)

建 筑 科 学
不同截面钢管混凝土结构承载力分析
黄勇祥
( 湖 南省 电力 勘 测 设 计 院 ， 湖 南 长 沙 410007)
摘 要 ： 本文对 不 同 截 面 钢 管 混 凝 土 受 力 特点进行分析和 比较 ， 重 点分析 圆 形 、 方 形 及 多 边 形 钢 管 混 凝 土 柱 受 力 特点 。 根据 工程 中不 同 截 面 钢 管 混 凝 土 承载 力 公 式 不 同 ， 本文对 部 分 理 论 公 式 进行 简 化 ， 提 出 不 同 钢 管 混 凝 土 截 面 承载 力 统 一 公 式 ， 公 式 计 算 结 果 与 实 验 值 符 合 良好 。 关键词 ： 截 面 不 同 ； 钢 管 混 凝 土 ； 角 点 ； 承载 力
f A (A 2 K ) AB ( A 2 B) 0.2 B 0.05, B f 2 f 2
圆形 钢管 混 凝土 是 目前 研 究最 为 充 分 的 截 面 形 式 且 在 工 程 中 应用也最为广泛 。 对于圆形钢管混凝土柱 ， 混凝土受到钢管对其均 匀约束作用 。 圆形钢管混凝土承载力及变形能力均优于其他截面形 式钢管混凝土构件 。 由于圆形钢管对于混凝土约束效果比较好 ， 所 以圆形钢管混凝土构件主要用于轴压及小偏心受压构件 。 对于大偏 心受 压构 件 来说 ， 由 于受 拉 侧钢 管 不能 对 混凝 土 约 束 ， 因 此 混 凝 土 三向受压性能不能得到发挥 。 2.2 方形截面 方形钢管混凝土构件在结构中应用也很广泛 ， 但是方形钢管对 于混凝土的约束不如圆形钢管的约束效果好 ， 方形钢管混凝土的承 载力明显低于圆形钢管混凝土 。 研究表明 ， 方形钢管对于内部混凝 土的 约 束可 以 分为 两 个部 分 ： 有效 约 束区 和 非有 效 约 束 区 ， 二 者 的 界限为一抛物线 ， 有效约束区的混凝土极限抗压强度是高于非有效 约束区 ， 非有效约束区的混凝土所受到侧向约束是不均匀的 。 但方 形钢 管 混凝 土 梁柱 的 节点 处 理相 比 圆形 钢 管混 凝 土 梁 柱 节 点 处 理 要 简 便 ， 方 形 钢管 与 其他 构件 的 交贯 线 可以 在 一个 平 面 内 ， 便 于 现 场施工 。 同时由于方形钢管混凝土的截面惯性矩较大 ， 其在大偏心 及长 柱 情况 下 的承 载 力完 全 有可 能 超过 同 样材 料 用 量 的 圆 形 钢 管 混凝土柱 。 2.3 八边形截面 采用圆形钢管混凝土时 ， 在节点区域将会消耗大量的钢材同时 给施工带来很大的困难 ， 影响结构的整体经济效益 。 对于方形钢管 混 凝 土柱 ， 由 于外 钢 管的 四 个角 部 分应 力 集中 比 较严 重 ， 易 出 现 薄 弱区域 ， 特别对于抗震不利 。 同时当构件截面的钢管的宽厚比很大

， 一内核 混凝 土 的强度设计值 ： ｃ
Ａ。 。 一内 核 混 凝 土 的面 积 ：
经过分析 ，钢管 混凝 土核 心短 柱轴
心受 压正截面 承载 力 ，比截面 相同但 没 有钢 管时 的大 ，也比只 有钢管 混凝 土 没
有 外 围 钢 筋 混 凝 土 的 承 载 力 大 ， 也 比 外
混 凝 土 核 心 柱 轴 心 受 压 正 截 面 承 载 力 的 计 算 公 式 ， 并 将 计 算 结 果 和 试 验 结 果 进 行 比较 ，二 者 能 吻 合 良好 （ １） 图 。
经 结 合 以 上 分 析 ，可 得 到 钢 管 混 凝
２钢 管混凝 土核心柱 轴心受压正 截面承载力计算
８ ０５２ ８７ ３ ５ ７ ４８９ ８ Ｏ１ Ｏ ４ ７ ５Ｏ ４ Ｏ ２３ ４ ３ ５Ｏ ４ Ｏ ７Ｏ ２ ５１ Ｏ５ ２４ ４７． １ ２ ８５ ０ ２ ９９ ２ ２ ５９ ４ ２ ７６１ ２ ８４ ２ ２ ９０ ６
有 比较好 的关 于钢 管混凝土核 心柱轴 心
受压正 截面承 载力 的计 算公 式 ，这给该
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规 划设计ａ 圆 钢 管 核 心 圆柱 ）
ｂ 圆 钢 管 核 心 方柱 ）
５ ５ ． ２Ｏ ６ ５ ８ ４。 ２ ５ ４ ８ ． ００ ５ ５ ４ ． ６Ｏ ５ ３ ６ 。 ３７ ３
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＿
规划设计
一～ 一一 一一 ～ 一 ～ 一 一 ～ ～
钢管混凝 土核 心柱
Ｃａｃ ｌｔ ｎｏ ａｒ ｇＣａ ａ ｉ ｆ ｎ ｒ ｔ ｒ ｌ ｌｕａ ｉ ｆＢｅ ｉ ｐ ｃｔ ｏ ｏ ｎ ｙ Ｃｏ ｃｅ ｅ Ｃｏ ｅ Ｃｏ—

考虑偏心影响的承载力折减系数 ψ e 钢管混凝土柱的承载力设计值 Nu KN20325.37 Nhomakorabeac
mm mm KN.m KN mm mm2 mm2 KN/mm KN/mm KN mm mm
2 2
824 12 0 18411 400 30611.68 502654.8 0.21 0.0191 0.669581 23885.22 0.9 5200 4680 5.679612 0.85096 0 0 1
钢管柱承载力计算
钢管柱直径 钢管壁厚 柱两端弯矩设计值中较大者 M2 轴向压力设计值 N 钢管的内半径 γ c 钢管的横截面面积 Aa 钢管内混凝土的横截面面积 Ac 钢管的抗拉、抗压强度设计值 fa 混凝土的抗压强度设计值 fc 钢管混凝土的套箍指标 θ =faAa/fcAc 钢管混凝土轴心受压短柱的承载力设计值 N0 柱的等效长度系数 K 柱的计算长度 L0 柱的等效计算长度 Le Le/d 考虑长细比影响的承载力折减系数 Ψ l 偏心矩 e0 e0/γ

钢管柱承载力计算
钢管柱直径
钢管壁厚 柱两端弯矩设计值中较大者 M2 轴向压力设计值 N 钢管的内半径 γc 钢管的横截面面积 Aa
钢管内混凝土的横截面面积 Ac
钢管的抗拉、抗压强度设计值 fa
混凝土的抗压强度设计值 fc 钢管混凝土的套箍指标 θ=faAa/fcAc 钢管混凝土轴心受压短柱的承载力设计值 N0 柱的等效长度系数 K 柱的计算长度 L0 柱的等效计算长度 Le Le/d 考虑长细比影响的承载力折减系数 Ψl 偏心矩 e0 e0/γc 考虑偏心影响的承载力折减系数 ψe 钢管混凝土柱的承载力设计值 Nu
mm
1000
mm
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
18
KN.m
500
KN
20790
mm
482
mm2 55530.79
mm2 729867.4
KN/mm2 0.295
KN/mm2 0.0143
1.569553
KN 39894.48
1
mm
9750
mm
9750
9.75
0.72424
0.06405
0.132884
0.802674
KN 23191.8