钢管力学性能对比研究论文

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低碳调质钢具有高的屈服点（490～980MPa）、良好的塑性、韧性、耐磨及耐腐蚀性。低碳调质钢由于含碳量不高，虽含有一定量的合金元素，但焊接性较好，主要特点是：在焊接热影响区，特别是焊接热影响区的粗晶区有一定的冷裂倾向并有韧性下降的现象；在焊接热影响区受热时未完全奥氏体化的区域，以及受热时其最高温度低于Ac1、高于钢调质处理时的回火温度的那个区域有软化或脆化的倾向。21 试述低碳调质钢的焊接工艺。常用的各种熔焊方法，都可以适用于焊接低碳调质钢。其焊接工艺如下：⑴焊前预热 当板厚较小或接头拘束度也较小时，焊前可不进行预热，如15MnMoVN、14MnMoNbB钢。当板厚小于13mm时，通常采用不预热施焊。随着板厚的增加，为了防止产生冷裂纹，必须进行预热，但是必须严格控制预热温度，因为过高的预热温度会使热影响区的冷却速度过于缓慢，使热影响区强度下降，韧性变坏。几种低碳调质钢的最低预热温度，见表14。允许的最高预热温度与表中最低值相比，不得大于65℃。若有可能，可采用低温预热加后热或不预热，只采用后热的方法来防止低碳调质钢产生冷裂纹，可以减轻或消除过高的预热温度对热影响区韧性的损害。

要：近些年来,建筑给排水的最大热点是新型管材的广泛应用。传统的镀锌钢管和普通排水铸铁管由于易锈蚀、自重大、运输施工不便等原因被取而代之。目前, 建筑给排水常用管材主要有塑料管,金属管和复合管三种。现在就常用管材的一些特性,优缺点,使用范围做一简要论述。关键词：建筑给排水 管材 塑料管 金属管 复合管1.塑料管塑料管是合成树脂加添加剂经熔融成型加工而成的制品。添加剂有增塑剂,稳定剂,填充剂,润滑剂,着色剂,紫外线吸收剂,改性剂等。常用塑料管有:硬聚氯乙烯管(PVC-U),高密度聚乙烯管(PE-HD), 交联聚乙烯管(PE-X),无规共聚聚丙烯管(PP-R),聚丁烯管(PB),工程塑料丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)等。塑料管的原料组成决定了塑料管的特性。塑料管的主要优点:(1).化学稳定性好,不受环境因素和管道内介质组分的影响,耐腐蚀性好。(2)．导热系数小,热传导率低,绝热保温,节能效果好。(3).水力性能好,管道内壁光滑,阻力系数小,不易积垢,管内流通面积不随时间发生变化,管道阻塞机率小。(4)．相对于金属管材,密度小,材质轻,运输,安装方便,灵活,简捷,维修容易。(5)．可自然弯曲或具有冷弯性能,可采用盘管供货方式,减少管接头数量。其主要缺点:(1).力学性能差,抗冲击性不佳,刚性差,平直性也差,因而管卡及吊架设置密度高。(2).阻燃性差,大多数塑料制品可燃,且燃烧时热分解,会释放出有毒气体和烟雾。(3).热膨胀系数大,伸缩补偿必须十分强调。所以,在推广塑料管的同时,还需要发展技术克服其缺点。 塑料管性能 物理性能：塑料管的物理性能和铝塑复合管,钢管,铜管比较见表1:表1物理性能 单位 PVC-U PE PE-X PP PB ABS 钢 铜 密度 g/cm 导热系数 w/mk 50 400 热膨胀系数 mm/m°C 弹性模量 MPa 3000 600 600 210000 110000 拉伸强度 MPa 40 25 >25 28 17 40 700 150 硬度 R 120 70 100 60 230HB 使用温度 °C 0-60 -60-60 -60-95 -20-95 -20-95 -20-80塑料管的物理性能影响管道的方式,用途,补偿措施和管道保温等方面。如:(1).PVC-U、PP、ABS的力学性能相对较高, 被视为“刚性管”,明装较好。反之,PE、PE-X、PB作为“柔性管”适合暗敷。(2).塑料管的使用温度及耐热性能决定了PVC-U,PE,ABS仅能用于冷水管,而PE-X,PP, PB则可作为热水管。当建筑物有热水供应系统且冷热水采用统一管材时耐热性能成为主要指标。(3).塑料管因热膨胀系数高,在塑料管路中尤其是作为热水管,采用柔性接口，伸缩节或各种弯位等热补偿措施较多。其中以PE,PP等聚烯烃类为最。施工安装时如果对此没有足够重视,并采取相应技术措施,极易发生接口处因伸缩节而拉脱的问题。(4).由于导热系数低,塑料管的绝热保温性能优良进而可减少保温层的厚度甚至无需保温。当不同塑料管之间绝热性的比较除导热系数外,还同它们各自的管壁厚度有关。 承压性能:承压性能所涉及的内容是在一定条件下塑料管材能够承受的内压力和恒压下的破坏时间。从而确定与之有关的设计参数以及对管材的质量进行评价和监控。一般进行两项试验:液压试验和长期高温液压试验。 各种管材的承压性能见表2表2管 材 工作压力/MPa 试样试验压力/MPa 接头密封试验/MPa 爆破压力/MPa UPVC 42/h De≤90，4．2PNDe＞90，3．36PN PEX ℃常温 ABS 4～8 PB 1．6～2．5／冷水热水 PP-RPP-C 常温℃ 20℃，11h，16MPa80℃，48h，℃，170h， HDPE 热水冷水 卫生性能:理化卫生指标。其中PE,PE-X,PP,PB和ABS易达标。而PVC-U管材在生产时应使用无毒PVC树脂和卫生及稳定剂才能满足卫生性能的要求。 给水塑料管的应用结构形式单一,材料品种众多且性能各异.常用给水塑料管的特点列表如下:表3品种 优 点 缺 点 连接方式 PVC-U 抗腐蚀力强，易于粘合，价廉，质地坚硬 有UPVC单体和添加剂渗出，不适用于热水输送；接头粘合技术要求高，固化时间较长 粘合、螺纹 HDPE 韧性好，较好的疲劳强度，耐温度性能较好；质轻，可挠性和抗冲性能好 熔接需要电力；机械连接，连接件大 挤压夹紧、热熔合、电熔合 PEX 耐温性能好，抗蠕变性能好 只能用金属件连接；不能回收重复利用 挤压夹紧 PB 耐温性能好，良好的抗拉、压强度，耐冲击，低蠕变，高柔韧性 国内还没有PB 树脂原料，依赖进口，价高 挤压夹紧、热熔合、电熔合 PP-R 耐温性好 在同等压力和介质温度的条件下，管壁最厚 热熔合 ABS 强度大，耐冲击 耐紫外线差，粘接固化时间较长 粘合、螺纹、电熔合一般情况聚氯乙烯管由于价格低廉,在不考虑水质影响,在冷水供水系统属于首选管材,而当温度较高时,可选用聚乙烯管或交联聚乙烯管、聚丙烯管、聚丁烯管。 排水塑料管的应用材质单一:硬聚氯乙烯结构形式多样:芯层发泡管,空壁管,螺旋管,芯层发泡螺旋管,空壁螺旋管。其存在的一些问题:(1).热膨胀系数大,需设置伸缩补偿装置来解决。(2).刚度小,平直性差,需加密管卡、支架、吊架来解决。(3).耐热性差,软化温度低,需限制排水温度,限制使用场所和控制与热源的距离来解决。(4).阻燃性差,在穿越楼板、上人屋面的屋面板、防火墙、管道井井壁处需设置阻火圈和防火套管来解决。(5)抗机械冲击性差,需强化施工技术,精心施工来解决。(6)隔声性差,塑料管的噪声大于铸铁管,管道明装且管道位置靠近卧室时,问题尤为突出。降噪的方式,提高管道材质的隔声效果,芯层发泡管空壁管是基于这一思路而开发的；降噪的另一方式是改变水流条件,螺旋管是基于这一思路而开发的。将两种方式结合起来的思路是芯层发泡螺旋管和空壁螺旋管的开发。相同条件下,不同结构形式的排水塑料管,其噪声测定结果:普通管>芯层发泡管>空壁管>螺旋管排水塑料管的应用是在取代普通排水铸铁管的工作上进行的。目前,排水塑料管已可在建筑高度为100m以下的建筑物内使用,但各地区的进展很不平衡。当建筑高度大于、等于100m的高层建筑和不适宜采用排水塑料管的场合,可采用柔性抗震排水铸铁管。[next] 2.金属管 镀锌钢管镀锌钢管的被取代既不意味金属管被取代,也不意味镀锌钢管在整个建筑给水领域被取代。镀锌钢管由于价格低廉、性能优越,防火性能好,使用寿命长等优点,还将在消防给水系统,尤其是自动喷水灭火系统中应用.而塑料管(承压小)则不应在消防给水系统和生活-消防,生产-消防共有系统中应用。 铜管金属管中最具优势的是铜管,铜管应用较久,优点较多,管材和管件齐全,接口方式多样,较多的应用在热水管路中,目前存在的主要问题在于铜的折出量容易超标。 铸铁管给水铸铁管与钢管相比有不易腐蚀、造价低、耐久性好等优点，适合于埋地敷设。缺点是质脆、重量大、长度小等。连接方式一般采用承插连接。卡箍式铸铁排水管是一种新型的建筑用排水管材，60年代开始进入国际市场，经过几十年的推广和应用，这种管材已得到国际上的普遍认可。这种管材与传统的承插式铸铁排水管道相比有许多优点，是一种更新换代产品，但由于这种管材及配件价格相对较贵，所以在国内一直未能得到普及推广。 其它:不锈钢管也受到工程技术人员的青睐,有关方面正从减少壁厚,降低价格方面着手,以利于推广。铝合金管是铝厂向给排水行业推出的新品种。镀镍钢管是和镀锌钢管性质最近,而耐腐蚀性能远远超过镀锌钢管的新颖管材,在解决了降低镀层费用和管材断口处施工现场上镍工艺后,有望在一定范围内得到采用。涂塑钢管则是在金属管材中前景看好的一种管材,且管道布置和敷设、接口方式和施工安装均与镀锌钢管相同,是这种管材最容易被接受。由于其涂层薄、价格低,也最容易被推广。3.复合管:复合管包括衬铅管、衬胶管、玻璃钢管。复合管大多是由工作层(要求耐水腐蚀)、支承层、保护层(要求耐腐蚀)组成。复合管一般以金属作支撑材料，内衬以环氧树脂和水泥为主， 它的特点是重量轻、内壁光滑、阻力小、耐腐性能好；也有以高强软金属作支撑,而非金属管在内外两侧,如铝塑复合管，它的特点是管道内壁不会腐蚀结垢，保证水质；也有金属管在内侧,而非金属管在外侧,如塑覆铜管,这是利用塑料的导热性差起绝热保温和保护作用。根据金属的材料可分为:(1).钢塑复合管(2).不锈钢-塑复合管,塑覆不锈钢管(3).塑覆铜管(4).铝塑复合管，交联铝塑复合管(5)衬塑铝合金管应该说复合管材是管径≥300mm以上给排水管道最理想的管材。它兼有金属管材强度大,刚性好和非金属管材耐腐蚀的优点。但它又是目前发展较缓慢的一种管材。这是因为：（1）.两种管材组合在一起比单一管材价格偏高。(2).两种材质热膨胀系数相差较大,如粘合不牢固而环境温度和介质温度变化又较剧烈,容易脱开,而导致质量下降。复合管的连接宜采用冷加工方式,热加工方式容易造成内衬塑料的伸缩、变形乃至熔化。一般有螺纹、卡套、卡箍等连接方式。由于复合管尚属新型管材，我国还未有统一的设计、施工及验收规范。设计及施工人员往往套用镀锌管的工艺来进行设计与施工，故在此不作一一赘述。

新型排水管材应用研究一、概况 根据建设部《关于发布化学建材技术与产品的公告》精神，应用于排水的新型管材主要是塑料管材，其主要品种包括：聚氯乙烯管（PVC－U）、聚氯乙烯芯层发泡管（PVC－U）、聚氯乙烯双壁波纹管（PVC－U）、玻璃钢夹砂管（RPMP）、塑料螺旋缠绕管（HDPE 、PVC－U）、聚氯乙烯径向加筋管（PVC－U）等。HDPE管由于其特殊的结构与性能，较小的投资，在排水管领域内倍受青睐。因此对新型排水管材的研究以HDPE管为主。 研究的主要内容包括：新型排水管材的内容及分类；物理力学指标；工程应用研究；施工安装、使用与维护管理等。期间进行了资料收集、工艺应用计算及研究、学习参观考察、产品理化性能测试、施工安装、使用与维护管理等研究工作，而且经过努力，顺利地将HDPE管、PVC－U等新型排水管材进行了工程的推广应用，取得了较好的效果，为在q市推广使用新型排水管材开了个好头，赢得了良好的社会效益和环境效益。 二、项目的目的、意义及内容 1.项目的目的、意义 目前，国内排水管材大多数采用钢筋混凝土管，钢筋混凝土管作为排水管使用存在着许多弊端： （1）理化性能不稳定，使用寿命短； （2）综合经济指标高； （3）其生产不符合节能环保政策。 因此，淘汰混凝土管，推广使用塑料管材作为其更新换代产品更加具有重要的意义。高密度聚乙烯中空壁缠绕管（简称HDPE）作为塑料管材中的佼佼者由于其特殊的结构与性能，较小的设备投资，在排水管领域内越来越受到青睐。 目前随着全国各地城市基础建设投资力度的不断加大，新型管道生产企业的不断涌现以及生产能力的不断扩大，必然会在全国掀起“管道革命”的热潮。建设部即将出台政策法规，在全国范围内禁止使用水泥管作为排水、排污管道。因此市场对复合管材的需求将急剧增大。 q市的经济发展水平一直居于省的龙头地位。城市基础建设投资的力度呈加速态势。这为q市的城市建设水平以及新型建材的开发、推广、使用水平提出了更高的要求。因此，开发新型排水管材并尽快地进行推广使用，提高技术及经济性指标，满足可持续发展方针的需要，早日为q乃至全国的城市建设发挥其应有的作用，具有非常重要的意义。 2.研究内容 （1）新型排水管材的内容及分类 （2）物理力学指标 （3）工程应用研究 （4）施工安装、使用与维护管理 三、国内外发展现状 上海市早在1998年以沪建材98第0511号文规定：淘汰水泥管（混凝土管），推广使用塑料管。北京市为迎接2008年奥运会，正准备淘汰水泥排水管，并计划在“十五”期间总投资2800亿元用于市政建设，其中800亿用于市政排水管网建设及污水处理。西方发达国家早在上个世纪八十年代已开发出了替代产品－塑料管材，并极力推广使用。HDPE由于其特殊的中空壁结构，使得管材比重减轻，环刚度增强，而且设备投资也较小，因此在排水管领域内越来越受到青睐。特别是在德国、韩国和日本，大口径排水管中，HDPE缠绕管的使用率分别为60％，75％和90％。韩国政府今年又拨款一兆四千亿韩元，用于HDPE中空壁缠绕管替换水泥管的工程。因此，本课题以HDPE中空壁缠绕管作为研究重点。 四、主要内容 （1）排水管材的分类 市政工程用排水管按其管材特性可分为刚性管和柔性管（塑料管）两大类。 刚性管包括铸铁管、混凝土管、陶制管等，均为传统材料制作的管道，优点是刚性好，环刚度较高，但防腐性能差，用作排污管道需做特殊防腐处理，使用寿命一般为10~20年不等。最大的缺点是易破碎（铸铁管除外），渗漏严重，易造成二次污染。 塑料排水管按其管壁结构可分为实壁塑料管和结构塑料管两大类。实壁管有硬聚氯乙烯管、玻璃钢夹砂管和PE管，结构壁管分为单/双壁波纹管、加筋管和缠绕管三大类。 （2）物理力学指标 管材特性： （1）结构独特，强度高，抗压耐冲击 （2）内壁平滑，摩阻低，过流量大 （3）耐腐蚀，无毒无污染，环保性突出 （4）连接方便，接头密封好，无渗漏 （5）重量轻，施工快捷，降低费用 （6）埋地使用寿命达五十年以上 管材物理性：（见下表）序号 项 目 单 位 性能指标 1 密度 G／cm3 — 2 热膨胀系数 Cm/cm℃ 11×10-5 3 抗拉强度（230） Mpa 21—24 4 弹性模量 Mpa 552—758 5 软化温度 ℃ 126 6 脆化温度 ℃ -70 （3）工程应用研究 用途： HDPE中空壁缠绕管的主要用途可包括： （1）水利工程、自来水工程输水 （2）市政工程雨水、污水排放 （3）工业废水排放、小区排水 （4）盐业输卤、渔业输水 （5）矿井、建筑物内通风系统 （6）电线、电缆护套 我们研究的重点主要是用于市政工程的雨污水排水管。 工程推广与应用 研究伊始，我们便致力于开展HDPE中空壁缠绕管的工程推广与应用的工作，作了大量的调查研究和推广论证工作。一年多来，经过主管部门、业主、设计院和生产厂家的共同努力，我们顺利地将HDPE管、PVC－U等新型排水管材进行了工程的推广应用，在h湾改造工程、砂土路改造工程的k路、a路、t路、g路采用了HDPE管；在砂土路改造工程中的y路、h采用了PVC－U管，都取得了较好的效果，为在q市推广使用新型排水管材开了个好头，赢得了良好的社会效益和环境效益。 （4）施工安装、使用与维护管理 由于HDPE管材本身的特性，以及推广初始阶段不为大多数人所了解，HDPE排水管在施工安装、使用与维护管理的许多方面都与传统管材有较大出入，带来了许多新的问题，同时也给人们对HDPE管材的接受和使用带来了心理疑虑和障碍，主要包括： 1.管道之间的连接，即接口形式； 2.管道与检查井的连接； 3.沟槽开挖与基础处理； 4.回填与管道抗浮； 5.管材环刚度的确定与选用； 6.相关标准与技术规程的不尽完善，等等。 根据我们对HDPE管的研究以及在推广使用过程中的总结，针对以上各方面内容，特提出以下几点： 1. 管道之间的接口形式建议使用密封胶圈柔性接口，不推荐使用热缩套连接。 2.由于材料的收缩率不同，HDPE管道与砖混检查井的连接处易导致渗漏，建议采用防水翼环，防水翼环可与不同管径的HDPE短管连接好后，直接用水泥砂浆浇注成砌块，在砌检查井时可根据流水底高，直接砌入，省时省力。从远期考虑，应注重塑料预制检查井的应用研究与推广。 3.在地下水位较高、流沙等不良地基处施工，应开挖一段、施工一段并迅速回填，注意防止管道的上浮、偏移与下窝，一旦发生，必须返工。 4.目前管道的规格一般仅有4KN/M2、8KN/M2两种，规格系列不够丰富，应进一步细分，以节省成本，提高管材的价格竞争力。 5. 应尽快出台相关的国家标准与技术规程，以利推广。 五、原材料及环境保护 高密度聚乙烯中空壁缠绕管的主要原料是PE（聚乙烯），原料可以全部国产化。 本项目在生产中无废水、废气、烟尘排放，无振动，车间内噪音在80dB以下，厂房外噪音60dB以下，不对环境造成污染。 六、市场预测 城市排水设施是现代化城市不可缺少的重要基础设施，是城市正常运转的必要条件，城市排水设计水平的高低是一个城市现代文明的重要标志。 与发达国家甚至国内先进城市相比，q市的城市排水设施水平较为落后，主要体现在管材的使用上。虽然q市的排水体制是雨污分流制，但在管材的使用尤其是新型管材的使用上，却非常保守。近年来虽然q市排水基础建设项目较多，但所应用的管材却仍多为陶瓷管、混凝土管，鲜见新型管材的工程应用。这与q市飞速发展的经济状况是极不相称的。因此，应借鉴国内外先进城市的做法，逐步淘汰水泥管（混凝土管），大力推广使用新型管材。 根据《国家化学建材产业“十五”计划和2015年发展规划纲要》：塑料管的推广应用主要以UPVC和PE塑料管为主，并大力发展其它新型塑料管。2005年，在全国新建、改建、扩建工程中，建筑排水管道70%采用塑料管，建筑给水和热水供应管道60%采用塑料管，电线护套管80%采用塑料管，建筑雨水排水管道50%采用塑料管城市供水管道（DN400mm以下）50%采用塑料管，村镇供水管道70%采用塑料管，城市排水管道30%采用塑料管，城市燃气管道（中低压管）20%采用塑料管。 根据《q市市政建设“十五”计划及2010年发展规划》：“十五”期间，q市新、翻建市区雨、污水管道的投资为亿元；2006~2010年，将新建、翻建雨、污水管网约100km，投资为亿元。另外随着全国城市排水建设、污水处理及中水回用等投资力度的不断加大，q市本地以及全国市场对新型排水管材的需求将急剧增大，市场前景极为广阔。 七、技术经济比较 中空壁缠绕排水管与与水泥排水管相比较： 具有寿命长、无渗漏、通流量大、施工方便、工种综合费用节省等优势，列表分析如下： 1）以Ф600mm管为例，性能比： Ф600mm中空壁排水管（S≥8KN／m2） Ф600mm水泥管 产品性质 柔性管 刚性管 使用寿命 50年以上 20年 产品价格 490元／m 元／m 工程综合造价 元／m 元／m 结构 受一定外压会弹性变形，但不会破坏 铺土不平造成管子破损 运输施工 重量轻、连接方便、搬运简便，／m 弯曲分歧困难，笨重（260kg／m），施工耗力耗财，费用昂贵 连接方式 收缩模连接，塑料焊接加工连接 凹凸企口结合用水泥 理化性能 耐冲击、耐腐蚀、不漏水，耐寒性高，耐磨性强、寿命长 重量重，耐冲击低，受压易破损、漏水，耐化学性能差 破损率 柔性管，无破损 15％ 发展趋势 建设部大力推广使用，市场呈上升趋势 落后淘汰，面临禁止使用 （注：工程综合造价一栏数据由上海市政提供） 八．结论与建议 1.与传统管材相比，新型塑料管材无论从技术性能指标、施工安装工艺还是综合经济比较，都是传统管材所不能比拟的。 2. 在各种新型管材层出的今天，应尽快地出台相应的规章条文，对新型管材进行推广使用，并限制使用传统管材。 3. 尽快地制订各种新型管材的行业规范及施工安装规范，以提高其技术及经济性指标，满足q市可持续发展方针的需要。仅供参考，请自借鉴。希望对您有帮助。

【试样毛坯尺寸】 30mm 【热处理】 ；冷却剂：空 回火加热温度（℃）：750；冷却剂：空 【力学性能】 拉拉强度（σb/MPa）：≧490 屈服点（σs/MPa）：≧245断后伸长率（δ5/%）：≧22 断面收缩率（ψ/%）：≧50 冲击吸收功（Aku2/J）：≧71 冲击韧性值 αkv (J/cm2)：≥88(9) 布氏硬度（HBS100/3000）（退火或高温回火状态）：≦179 主要特性主要特性：此钢与12CrMoV钢相比，具有更高的抗氧化性及热强性。此钢的蠕变极限与持久强度值很接近，并在持久拉伸的情况下具有高的塑性；钢的工艺性与焊接性良好，但焊前需预热至300℃，焊后需除应力处理。 是高压、超高压、亚临界电站锅炉过热器、集箱和主蒸气导管广泛采用的钢种。580℃时仍具有高的热强性和抗氧化性能，有较高的持久塑性。生产工艺较简单，焊接性能良好，但对正火冷却速度较敏感。580℃长期使用会产生珠光体球化。12铬1钼钒合金钢管组织强化的的三个特点通常情况下，合金钢管的微观组织结构决定的钢管的结构性能，然而，组织强化决定着微观组织结构。冷轧合金钢管在轧制完成后，随着冷却环境的改变，组织中各种贝氏体、马氏体等结构组织也随之而改变，这也导致的钢管的结构性能有很大的改变，可以通过这种方法获得更多的强度不通级别的钢管，以适应不同的性能需求。1、组织强化需要母相，即在钢管的元素中要含有发生组织强化的母相。2、组织强化是一个过程，包括组织形变及组织扩散，随着冷却环境的改变，合金钢管组织结构可能有两种变化方式，即有扩散和无扩散，在低温环境里，无扩散决定着组织形变的过程；在高温环境中，扩散决定着组织结构的改变。3、组织强化有两个重要因素，即组织应变和环境冷却。例如在加热环境或者冷却环境中，合金钢管的组织会随着温度的改变而逐渐改变，能量状态由低转变为高。另外，查看钢管现货可以知道，在合金钢管中，少量介质含有极其精细的密度。因此，在调整钢管的结构性能时，要时刻注意合金钢管的组织性能。