CN116057231A - 螺纹接头、带螺纹接头的钢管、构造体、构造体的构筑方法、滑坡抑制桩、滑坡抑制桩的施工方法、螺纹接头的设计方法、螺纹接头的制造方法及带螺纹接头的钢管的制造方法 - Google Patents

螺纹接头、带螺纹接头的钢管、构造体、构造体的构筑方法、滑坡抑制桩、滑坡抑制桩的施工方法、螺纹接头的设计方法、螺纹接头的制造方法及带螺纹接头的钢管的制造方法 Download PDF

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CN116057231A CN202180058126.2A CN202180058126A CN116057231A CN 116057231 A CN116057231 A CN 116057231A CN 202180058126 A CN202180058126 A CN 202180058126A CN 116057231 A CN116057231 A CN 116057231A
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Abstract

本发明的螺纹接头(1)是位于钢管(3)的端部并将钢管(3)彼此接合的螺纹接头(1)，具备：具有由锥形螺纹形成的阳螺纹(5)的阳侧筒体(7)、具有由锥形螺纹形成的阴螺纹(9)的阴侧筒体(11)，阳螺纹(5)和阴螺纹(9)中的螺纹牙的插入牙侧面(5a、9a)相对于钢管轴直角方向的倾斜角度在0度～+8度的范围内。

Description

螺纹接头、带螺纹接头的钢管、构造体、构造体的构筑方法、滑坡抑制桩、滑坡抑制桩的施工方法、螺纹接头的设计方法、螺纹接头的制造方法及带螺纹接头的钢管的制造方法
技术领域
本发明涉及例如在设置于滑坡地带的滑坡抑制用钢管桩(简称为“滑坡抑制桩”)中使用的螺纹接头、带螺纹接头的钢管、构造体、构造体的构筑方法、滑坡抑制桩、滑坡抑制桩的施工方法、螺纹接头的设计方法、螺纹接头的制造方法及带螺纹接头的钢管的制造方法。
背景技术
滑坡抑制用钢管桩(以下，省略为“滑坡抑制桩”)设置于滑坡地带，其施工场所经常是重型机械等搬入较困难的陡坡地。因此，不能通过击打将桩打入，而是在利用螺旋钻等预钻的孔中建入桩。此外，滑坡抑制桩的全长根据现场的状况而不同，一般经常达到20～30m。但是，由于输送等的限制，通常一边在现场将5～8m左右的钢管桩接桩一边进行施工。
由于该接桩作业在不稳定的环境下进行，所以强烈要求迅速且可靠的作业。另外，由于难以预测滑坡崩坏面在哪个地层面产生，所以滑坡抑制桩经常必须在包括用于接桩的接头部在内的大致全长范围在任意的部分都具有设计上所需强度以上的截面各个性能。
因此，以往，滑坡抑制桩的接桩通过现场的焊接作业来进行。然而，这种作业环境较差的场所的现场焊接有以下问题。
(1)由于当前的惯用尺寸的钢管的壁厚较厚，所以单处的焊接较花费时间。
(2)由于作业环境较差，所以焊接质量容易下降，不容易确保接头强度。
(3)由于劳动条件较差，所以难以确保优秀的焊接技工。
(4)由于在现场焊接中难以确保焊接质量，所以难以使用高张力钢。
由于这些问题，关于以现场接桩作业为前提的滑坡抑制桩，要求满足全部以下要件。
(1)接桩作业容易且作业时间较短。
(2)钢管桩彼此的接头部的质量得到良好地确保而不影响作业环境及技能。
(3)接头部的强度为钢管桩本体(以下，称为桩本体)同等以上。
(4)接头部的外径不大于桩本体。
(5)桩本体为高张力钢的情况下也能够应用。
作为应对上述要件的滑坡抑制桩的接头，有按如下方式构成的接头：具备在端部具有阴螺纹接头部的桩本体、和在端部具有与该阴螺纹接头部的外径实质相同的外径的阳螺纹接头部的桩本体，阴螺纹接头部及阳螺纹接头部由锥形的螺纹接头形成，所述锥形的螺纹接头具有设定为通过旋转数周而完成拧入的倾斜及螺纹牙高度、螺纹牙间隔，阴螺纹接头部及阳螺纹接头部的螺纹终点部处的截面系数与材料强度之积大于桩本体的截面系数与材料强度之积(例如参照专利文献1)。另外，公开了如下滑坡抑制钢管桩接头：阳螺纹及阴螺纹为锥形螺纹，螺纹牙形状为梯形，且设为2条～3条这样的多条螺纹(例如参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平7-82738号公报
专利文献2：日本特开平10-252056号公报
发明内容
发明要解决的课题
滑坡抑制桩的螺纹接头要求较高的耐力，另一方面，在立足点较差的施工现场，需要用人力进行旋转接合。而且，螺纹接头基本拧入到肩部接触为止，但由于是在上述施工现场进行接合，有时无法完全地将螺纹拧到底，肩部不接触，产生2mm左右的间隙。
在该情况下，虽然也能够通过使用牵引工具等设为完全接合状态而不产生间隙，但非常花费功夫。因此，如果以使用牵引工具等成为完全接合状态为前提，则相对于一般的现场焊接接合而言的螺纹接头的优越性被削弱。
另外，一般来说螺纹接头设计成用肩部和螺纹部抵抗压缩荷重，用螺纹部抵抗拉伸荷重。因此，当在未将螺纹完全拧到底的不完全接合状态下基于弯曲荷重的压缩荷重作用于螺纹接头时，肩部不传递压缩荷重，仅用螺纹部抵抗载荷。结果，未充分地利用接头钢材的全塑性荷重，有时压缩侧的螺纹部脱离而螺纹接头断裂。
本发明鉴于上述课题而作出，其目的在于提供即使在肩部不接触的不完全接合状态下也能够充分地利用接头钢材的全塑性荷重(fully plastic load)而压缩侧的螺纹部不脱离的螺纹接头。另外，本发明的另一目的在于提供以这种螺纹接头为前提的带螺纹接头的钢管、构造体、构造体的构筑方法、滑坡抑制桩、滑坡抑制桩的施工方法、螺纹接头的设计方法、螺纹接头的制造方法及带螺纹接头的钢管的制造方法。
用于解决课题的手段
本发明的螺纹接头是位于钢管的端部并将所述钢管彼此接合的螺纹接头，具备：阳侧筒体，其具有由锥形螺纹形成的阳螺纹；和阴侧筒体，其具有由锥形螺纹形成的阴螺纹，所述阳螺纹和所述阴螺纹中的螺纹牙的插入牙侧面相对于钢管轴直角方向的倾斜角度在0度～+8度的范围内。
可以是，所述阳侧筒体和所述阴侧筒体中的全部螺纹牙及与之对应的螺纹底的螺距相同。
本发明的带螺纹接头的钢管，其以以下的(1)至(3)中的任一方式具备本发明的螺纹接头中的阳侧筒体和阴侧筒体，
(1)将所述阳侧筒体设置于所述钢管的至少一端的方式；
(2)将所述阴侧筒体设置于所述钢管的至少一端的方式；
(3)将所述阳侧筒体和所述阴侧筒体设置于所述钢管的一端和另一端的方式。
本发明的构造体具备本发明的螺纹接头和用该螺纹接头连结的多个钢管。
本发明的构造体的构筑方法，是本发明的构造体的构筑方法，其中，在将成为连结对象的带螺纹接头的钢管的一方的旋转约束的状态下，将另一方的带螺纹接头的钢管的螺纹接头对位于一方的带螺纹接头的钢管的螺纹接头并进行旋转嵌合。
本发明的滑坡抑制桩具备本发明的螺纹接头和用该螺纹接头连结的多个钢管。
本发明的滑坡抑制桩的施工方法是使用了在端部安装有本发明的螺纹接头的钢管的滑坡抑制桩的施工方法，所述滑坡抑制桩的施工方法以以下的(1)至(3)中的任一方式施工，
方式(1)，包括：在所需长度的全长范围挖掘用于将桩插入地基的孔的孔挖掘工序；以所述钢管的头突出的方式将钢管吊下至所挖掘的孔中，利用所述螺纹接头依次旋转接合并通过自重插入，完成规定根数的接桩后，在所述钢管的周面与地基的间隙中填充填充材料以密合于地基的工序；
方式(2)，包括：在所需长度的全长范围挖掘用于将桩插入地基的孔的孔挖掘工序；利用所述螺纹接头将所述钢管接合所需长度的钢管接合工序；及将接合的钢管插入孔中，在所述钢管的周面与地基的间隙中填充填充材料以密合于地基的工序；
方式(3)，包括：一边利用已经施工完毕的桩或反力构件接受反力一边通过旋转压入将所述钢管贯入地中的工序；将所述钢管旋转接合到贯入地中的钢管的头部的工序；及通过旋转压入将旋转接合了的钢管贯入地中的工序。
本发明的第一方案的螺纹接头的设计方法是下述螺纹接头的设计方法，所述螺纹接头位于钢管的端部并将所述钢管彼此接合，所述螺纹接头具有阳侧筒体和阴侧筒体，所述阳侧筒体具有由锥形螺纹形成的阳螺纹，所述阴侧筒体具有由锥形螺纹形成的阴螺纹，所述设计方法中，将所述阳螺纹和所述阴螺纹中的螺纹牙的插入牙侧面相对于钢管轴直角方向的倾斜角度设定在0度～+8度的范围内。
本发明的第二方案的螺纹接头的设计方法是下述螺纹接头的设计方法，所述螺纹接头位于钢管的端部并将所述钢管彼此接合，所述螺纹接头具有阳侧筒体和阴侧筒体，所述阳侧筒体具有由锥形螺纹形成的阳螺纹，所述阴侧筒体具有由锥形螺纹形成的阴螺纹，所述设计方法中，按摩擦系数预先求出载荷荷重相对于钢材全塑性荷重之比与设定螺纹铅垂角度之间的关系，将在设计时设定的摩擦系数下所述比成为1.0以上的设定螺纹铅垂角度设定为所述阳侧筒体和所述阴侧筒体中的螺纹牙的插入牙侧面相对于钢管轴直角方向的倾斜角度。
本发明的第一方案的螺纹接头的制造方法是下述螺纹接头的制造方法，所述螺纹接头位于钢管的端部并将所述钢管彼此接合，所述螺纹接头具有阳侧筒体和阴侧筒体，所述阳侧筒体具有由锥形螺纹形成的阳螺纹，所述阴侧筒体具有由锥形螺纹形成的阴螺纹，所述制造方法中，将所述阳螺纹和所述阴螺纹中的螺纹牙的插入牙侧面相对于钢管轴直角方向的倾斜角度设定在0度～+8度的范围内。
本发明的第二方案的螺纹接头的制造方法是下述螺纹接头的制造方法，所述螺纹接头位于钢管的端部并将所述钢管彼此接合，所述螺纹接头具有阳侧筒体和阴侧筒体，所述阳侧筒体具有由锥形螺纹形成的阳螺纹，所述阴侧筒体具有由锥形螺纹形成的阴螺纹，所述制造方法中，按摩擦系数预先求出载荷荷重相对于钢材全塑性荷重之比与设定螺纹铅垂角度之间的关系，将在预先设定的摩擦系数下所述比成为1.0以上的设定螺纹铅垂角度设定为所述阳侧筒体和所述阴侧筒体中的螺纹牙的插入牙侧面相对于钢管轴直角方向的倾斜角度。
可以以以下的(1)至(3)中的任一方式安装所述阳侧筒体和所述阴侧筒体，
(1)将所述阳侧筒体设置于所述钢管的至少一端的方式；
(2)将所述阴侧筒体设置于所述钢管的至少一端的方式；
(3)将所述阳侧筒体和所述阴侧筒体设置于所述钢管的一端和另一端的方式。
发明的效果
根据本发明，在由弯曲导致的压缩荷重作用于螺纹接头的情况下，即使是肩部的间隙为2mm左右的没有完全拧到底的不完全接合状态，也能够仅用压缩侧的螺纹部进行充分的荷重传递，能够充分地利用螺纹接头钢材的全塑性荷重而压缩侧的螺纹部不会脱离。因此，在立足点较差的施工现场需要用人力进行旋转接合的滑坡抑制桩中所使用的螺纹接头中，能够省略利用花费劳力的牵引工具进行的拧到底、严密的施工管理。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的螺纹接头的说明图。
图2是说明弯曲荷重作用于使用了图1的螺纹接头的滑坡抑制桩时的包括螺纹接头的整体的举动的说明图。
图3是说明图2的状态下的螺纹接头的举动的说明图。
图4是示出插入牙侧面或承载牙侧面上的相对于钢管轴直角方向的倾斜角度(设定螺纹铅垂角度)与插入牙侧面间或承载牙侧面间的摩擦系数之间的关系的图。
图5是说明现有例中的螺纹接头的举动的说明图。
图6是说明倾斜角度的研究中的钢材全塑性荷重的说明图。
图7是示出倾斜角度的研究中的解析结果的图(其一)。
图8是示出倾斜角度的研究中的解析结果的图(其二)。
图9是示出倾斜角度的研究中的解析结果的图(其三)。
具体实施方式
如图1(a)所示，本实施方式的螺纹接头1在钢管3的(轴向)端部将钢管3彼此接合，并具备阳侧筒体7和阴侧筒体11，所述阳侧筒体7具有由锥形螺纹(taper thread)形成的阳螺纹5，所述阴侧筒体11具有由锥形螺纹(taper thread)形成的阴螺纹9。以下，详细说明各结构。
例示滑坡抑制用钢管桩(以下，省略为“滑坡抑制桩”)作为通过将多个钢管3连结而构成的构造体的一例，本实施方式的螺纹接头1应用作为该钢管3的接合部件。在滑坡抑制桩的情况下，成为桩本体的钢管3的直径φ为216mm以上。上限没有特别规定，基于近年来的倾向，钢管的直径φ为2500mm以下。图1(a)所示的状态示出非拧到底状态即阴侧筒体11的前端11a与阳侧筒体7的肩部7a不接触(也称为没有肩接触)的状态。
如图1(a)所示，阳侧筒体7和阴侧筒体11是在具有与钢管3的外径实质相等的外径的环体上进行螺纹加工而成的部件，阳侧筒体7安装于上桩的下端，阴侧筒体11安装于下桩的上端，所述钢管3成为下桩及上桩。在本实施方式的情况下，向钢管端部的阳侧筒体或阴侧筒体的安装通过利用焊接来接合而进行。
在此，阳侧筒体7和阴侧筒体11可以设为与钢管3相同的钢种。但是，在使用相同钢种并想提高阳侧筒体7和阴侧筒体11的强度的情况下，厚度成为必要，相对于钢管3的突出宽度变大。结果，有时会降低施工性、荷重传递性能。因此，在不想过度增大厚度的情况下，通过选择超过钢管3的钢种的屈服强度的钢种作为阳侧筒体7和阴侧筒体11的钢种，从而能够减小突出宽度。例如，在一般的滑坡抑制桩中，作为钢管3的钢种，能够使用与SKK490材料相当(额定屈服强度为315N/mm2)或与SM570材料相当(板厚为16mm以下时额定屈服强度为460N/mm2，板厚大于16mm且为40mm以下时额定屈服强度为450N/mm2，板厚大于40mm且为75mm以下时额定屈服强度为430N/mm2)的钢种。因此，如果阳侧筒体7的钢种和/或阴侧筒体11的钢种使用与HITEN780材料相当(额定屈服强度为685N/mm2)的钢种，则能够提高强度同时减小阳侧筒体7和阴侧筒体11的厚度，能够抑制相对于钢管3的突出宽度。
形成于阳侧筒体7的阳螺纹5和形成于阴侧筒体11的阴螺纹9均为锥形螺纹。阳螺纹5和阴螺纹9通过在使阳侧筒体7和阴侧筒体11接近的方向上旋转而接合。在图1(a)中，将阳侧筒体7设为上侧，将阴侧筒体11设为下侧，但也可以将上下设为相反。上述肩部7a以阴侧筒体11的前端11a能够与阳侧筒体7的锥形螺纹的终端接触的方式成为阶梯状。
在图1(b)中示出图1(a)中的虚线圆部分的放大图。在图1(b)中，阳螺纹5和阴螺纹9优选是梯形螺纹(trapezoidal thread)、方螺纹(square thread)或锯齿螺纹(buttressthread)中的任一种。另外，阳螺纹5的螺纹牙具备顶部51和与之相连的两个侧面5a(后述的插入牙侧面5a)、5b(后述的承载牙侧面5b)。并且，阳螺纹5的螺纹牙的侧面5a和一方的相邻的螺纹牙的侧面5b由螺纹底52相连。阳螺纹5的螺纹牙的侧面5b与另一方的相邻的侧面5a由螺纹底52相连。同样地，阴螺纹9在螺纹牙上具备头顶91和与之相连的两个侧面9b(后述的承载牙侧面9b)、9a(后述的插入牙侧面9a)。并且，阴螺纹9的螺纹牙的侧面9a和一方的相邻的螺纹牙的侧面9b由螺纹底92相连。阴螺纹9的螺纹牙的侧面9b与另一方的相邻的侧面9a由螺纹底92相连。
另外，图1(a)所示的P示出螺纹牙的螺距。该螺纹牙的螺距P是从某一条阳螺纹5的螺纹牙顶部51的端部到下一条阳螺纹5的螺纹牙顶部51的开始的位置的在钢管轴方向上的距离，或者是从某一条阴螺纹9的螺纹牙顶部91的端部到下一条螺纹牙顶部91的开始的位置的在钢管轴方向上的距离。同样地，螺纹底的螺距是从某一条阳螺纹5的螺纹牙顶部51所对应的螺纹底92的端部到下一条阳螺纹5的螺纹牙顶部51所对应的螺纹底92的开始的位置的在钢管轴方向上的距离。或者是从某一条阴螺纹9的螺纹牙顶部91所对应的螺纹底52的端部到下一条螺纹牙顶部91所对应的螺纹底52的开始的位置的在钢管轴方向上的距离。在一条螺纹的情况下，螺距是指旋转一周时螺纹前进的距离。与之相对，多条螺纹时，由于根据螺纹的条数，旋转一周时前进的距离不同，所以不能定义作为一定的距离的螺距。因此，在本说明书中按上述方式定义。
另外，图1(a)所示的h示出螺纹高度。在此，螺纹高度h是从阳螺纹5的螺纹牙顶部51到螺纹底52的距离(与锥形的梯度轴21正交的梯度轴正交轴23方向上的距离)或者从阴螺纹9的螺纹牙顶部91到螺纹底92的距离(与锥形的梯度轴21正交的梯度轴正交轴23方向上的距离)。
在本实施方式的螺纹接头1中，形成于阳侧筒体7的阳螺纹5和形成于阴侧筒体11的阴螺纹9中的螺纹牙的插入牙侧面5a、9a相对于钢管轴直角方向的倾斜角度α设定为0度～+8度。在此，说明倾斜角度α。如图1(b)所示，如果将与钢管轴25正交的方向的轴设为钢管正交轴27，则倾斜角度α是在将螺纹接头1设为钢管轴方向的截面的状态(图1(a)的状态)下，阳螺纹5和阴螺纹9中的螺纹牙的插入牙侧面5a、9a与位于同截面上的钢管正交轴27形成的角度。在此，虽然没有图示，螺纹牙的承载牙侧面5b、9b的倾斜角度也能够同样地定义。即，如果将与钢管轴25正交的方向的轴设为钢管正交轴27，则螺纹牙的承载牙侧面5b、9b的倾斜角度是在将螺纹接头1设为钢管轴方向的截面的状态(图1(a)的状态)下，阳螺纹5和阴螺纹9中的螺纹牙的承载牙侧面5b、9b与位于同截面上的钢管正交轴27形成的角度。
以下，基于图2～图4，说明如此设定螺纹牙的插入牙侧面5a、9a相对于钢管轴直角方向的倾斜角度α的理由。此外，在本说明书中，有时将在螺纹牙的插入牙侧面5a、9a及承载牙侧面5b、9b设定的相对于钢管轴直角方向66的倾斜角度α称为设定螺纹铅垂角度。
图2示出弯曲荷重作用于非拧到底状态的滑坡抑制桩时的包括螺纹接头1的钢管桩整体的举动，图3示出图2的状态下的螺纹接头1的举动。首先，以阳螺纹牙为例说明螺纹牙的承载牙侧面5b、9b和插入牙侧面5a、9a。阳螺纹5的螺纹牙的承载牙侧面5b是阳螺纹5的螺纹牙的两侧面(牙侧表面，flank)中的位于阳侧筒体7的基端侧(供钢管3接合的一侧)的面。同样地，阴螺纹9的螺纹牙的承载牙侧面9b是阴螺纹9的螺纹牙的两侧面(牙侧表面，flank)中的位于阴侧筒体11的基端侧(供钢管3接合的一侧)的面。将阳螺纹5和阴螺纹9旋转嵌合并连接后，螺纹接头1受到拉伸荷重时，阳螺纹5的螺纹牙的承载牙侧面5b与阴螺纹9的螺纹牙的承载牙侧面9b接触。
另外，阳螺纹5的螺纹牙的插入牙侧面5a是阳螺纹5的螺纹牙的两侧面(牙侧表面)中的位于阳侧筒体7的前端11a侧的面。同样地，阴螺纹9的螺纹牙的插入牙侧面9a是阴螺纹9的螺纹牙的两侧面(牙侧表面)中的位于阴侧筒体11的前端11a侧的面。在将阳侧筒体7放置于阴侧筒体11并旋转嵌合时，阳螺纹5的螺纹牙的插入牙侧面5a与阴螺纹9的插入牙侧面9a接触。也就是说，简要地说，螺纹接头1成为在插入牙侧面5a、9a传递压缩力并在承载牙侧面5b、9b传递拉伸力的构造。需要说明的是，对于螺纹牙的插入牙侧面5a、9a相对于钢管轴直角方向的倾斜角度α，将根基的宽度相对于螺纹牙的顶部51、91变宽的方向的角度设为+(正)的角度，将变窄的方向的角度记载为-(负)的角度。
如上所述，在本实施方式中，螺纹牙的插入牙侧面5a、9a相对于钢管轴直角方向的倾斜角度设定为0度～+8度(参照图3的局部放大图)。通过按上述方式设定螺纹牙的插入牙侧面5a、9a的设定螺纹铅垂角度，从而在螺纹接头1中弯曲荷重起作用时，在压缩力起作用的一侧(在图3中上侧为压缩，下侧为拉伸)，螺纹牙的接触面难以滑出。由此，如图3所示，成为能够进行充分的荷重传递而阳螺纹5的插入牙侧面5a不会滑脱的状态。
在此，基于图4说明插入牙侧面5a、9a的设定螺纹铅垂角度与螺纹的滑动困难度的关系。图4示出库仑摩擦定律(F＝μN：F为摩擦力，μ为固体间的摩擦系数，N为垂直力)、插入牙侧面5a、9a或承载牙侧面5b、9b的设定螺纹铅垂角度与摩擦系数的关系。纵轴示出设定螺纹铅垂角度(°)，横轴示出接触的插入牙侧面5a与插入牙侧面9a之间(有时也简称为“插入牙侧面间”)或接触的承载牙侧面5b与承载牙侧面9b之间(有时也简称为“承载牙侧面间”)的摩擦系数(无量纲量)。图4中的直线是根据上述库仑摩擦定律导出的公式，示出将设定螺纹铅垂角度设为α并将静摩擦系数设为μ的情况下的关系，成为下述的式(1)。
α＝tan-1(μ)…(1)
需要说明的是，α是接触的插入牙侧面5a、9a或接触的承载牙侧面5b、9b相对于钢管轴直角方向的角度，正负如上述定义的。根据式(1)，当特定的设定螺纹铅垂角度α下的插入牙侧面间或承载牙侧面间的摩擦系数小于静摩擦系数μ时，插入牙侧面彼此或承载牙侧面彼此滑出。也就是说，如果是设定螺纹铅垂角度α成为式(1)以下的区域的条件，则不会滑出。换句话说，在插入牙侧面5a、9a或承载牙侧面5b、9b上，在图4中设定螺纹铅垂角度α成为式(1)以下的阴影线区域表示螺纹“不滑动的范围”。另外，在图中设定螺纹铅垂角度α成为式(1)之上的没有附加阴影线的区域表示螺纹“滑动的范围”。
从图4可知，如果插入牙侧面间或承载牙侧面间的摩擦系数相同，则设定螺纹铅垂角度α越小，即插入牙侧面5a、9a相对于钢管轴直角方向的倾斜角度越小，插入牙侧面5a、9a越难以滑动。而且，通过在后述的[倾斜角度的研究]中示出的发明人的研究可知：通过将插入牙侧面5a、9a相对于钢管轴直角方向的倾斜角度设定为0度～+8度，从而在到达钢材的全塑性荷重为止，不会发生滑动。本发明基于该见解，将设定螺纹铅垂角度设定为0度～+8度。
图5示出图2所示的弯曲荷重作用于专利文献2记载的螺纹接头13中的插入牙侧面15a、17a(在专利文献2中，对应于螺纹插入面13、23。)的角度相对于钢管轴直角方向的倾斜角度为+20度～+45度的以往的螺纹接头13时的举动。在专利文献2的螺纹接头13中，在弯曲荷重起作用时压缩力起作用的图中上侧的螺纹部，通过超过螺纹部的摩擦力的力起作用，从而如图5所示，在阳螺纹15的插入牙侧面15a产生滑动而螺纹脱落。
如以上所述，在本实施方式的螺纹接头1中，将插入牙侧面5a、9a相对于钢管轴直角方向的倾斜角度(设定螺纹铅垂角度)设定为0度～+8度。由此，在由钢管3的弯曲导致的压缩荷重作用于接头的情况下，即使是肩部7a的间隙为2mm左右的没有完全拧到底的不完全接合状态的螺纹接头1中，也能够仅用压缩侧的螺纹部进行充分的荷重传递。结果，能够充分地利用接头钢材的全塑性荷重而压缩侧的螺纹部不会脱离。因此，在用于滑坡抑制桩的螺纹接头1中特别适合。其理由是，在用于滑坡抑制桩的螺纹接头1中，在立足点较差的施工现场经常进行利用人力的旋转接合，在该情况下，能够省略利用较花费劳力的牵引工具进行的拧到底、严密的施工管理。
作为将本实施方式的螺纹接头1应用于滑坡抑制桩时的具体施工方法，可考虑以下三种。
(a)包括：在所需长度的全长范围挖掘用于将桩插入地基的孔的孔挖掘工序；以安装有本发明的螺纹接头1的钢管的头突出的方式将钢管吊下至所挖掘的孔中，利用螺纹接头1依次旋转接合并通过自重插入，完成规定根数的接桩后，在钢管的周面与地基的间隙中填充填充材料(例如灰浆、砂浆等)以密合于地基的工序。
(b)包括：在所需长度的全长范围挖掘用于将桩插入地基的孔的孔挖掘工序；利用螺纹接头1将安装有本发明的螺纹接头1的钢管接合为所需长度的钢管接合工序；用起重机等将接合的钢管插入孔中并在钢管周面与地基的间隙中填充填充材料(例如灰浆、砂浆等)以密合于地基的工序。
(c)包括：一边利用已经施工完毕的桩或反力构件接受反力一边通过旋转压入将安装有本发明的螺纹接头1的钢管贯入地中的工序；将安装有本发明的螺纹接头1的钢管旋转接合到贯入地中的桩头部的工序；通过旋转压入将旋转接合了的钢管贯入地中的工序。
当然，对于滑坡抑制桩以外的桩或钢管也能够利用本发明。更具体而言，也能够利用于支撑桩、摩擦桩、钢管板桩、斜桩或作为构造物的一部分的钢管等。在使用于这些用途的情况下，也能够得到已经说明的效果，即，在由钢管3的弯曲导致的压缩荷重作用于接头的情况下，即使是肩部7a的间隙为2mm左右的没有完全拧到底的不完全接合状态的螺纹接头1，也能够仅用压缩侧的螺纹部进行充分的荷重传递这样的效果。
在此说明一般使用锥形螺纹接头的油井管用的螺纹接头。在油井管的情况下，由于最大直径小至240mm，所以能够以较少的转矩旋转并使之接合。另外，由于无泄漏地输送管内的内容物的目的，所以对密封性的要求较高。结果，在将螺纹拧到底的状态即阴侧筒体11的前端11a与阳侧筒体7的肩部7a接触(也称为肩接触)的状态下使用。因此，在弯曲荷重作用于连接的油井管时，能够用肩部传递压缩力。并且，由于不是从外部施加某些荷重的构造构件，所以并不要求高强度。从以上情况和提高密封性的观点出发，为了以较小的转矩旋转，插入牙侧面相对于钢管轴直角方向的倾斜角度设为+30°～+60°。另一方面，在作为构造构件使用的螺纹接头中，由于预想的最大直径为2500mm左右，所以使之旋转需要非常大的转矩，接合难易度较高。另外，由于是构造构件，所以螺纹牙也要求较高的强度，优选插入牙侧面相对于钢管轴直角方向的倾斜角度较大。而且，不要求油井管那种程度的密封性。因此，在将以往的锥形螺纹接头(特别是油井管的技术)直接应用于构造构件用途的情况下，要求在阴侧筒体11的前端11a不与阳侧筒体7的肩部7a完全接触的非拧到底状态下使用。换句话说，作为确保作为构造构件的螺纹牙的强度的同时，即使在非拧到底状态下压缩侧的螺纹部也不会脱离的螺纹接头是本发明的螺纹接头的非常显著的效果。
需要说明的是，在专利文献2中，记载了如下内容：当使螺纹插入面角度(设定螺纹铅垂角度)比+20度更小时，由于螺纹切削加工时的切削阻力变大，所以必须使单道次中的切削量减少，加工效率下降。然而，通过应用本发明，从而螺纹部的荷重传递效率上升，能够减小螺纹牙数、螺纹牙高度，单道次中的切削量的减少不会成为大的问题。另外，在专利文献2中也记载了接桩作业时上桩与下桩的轴对齐变得不容易，螺纹紧固性下降，但在对象构造物的上桩和下桩的外径相同的情况下，能够在4个方向上确认位置，所以轴对齐不会成为大的问题。
本发明将锥形螺纹作为对象，但如果是锥形螺纹，则不仅是一条螺纹，在多条螺纹的情况下也同样地能够应用。
需要说明的是，优选将阳侧筒体7和阴侧筒体11中的全部螺纹牙及与其对应的螺纹底的螺距设定为相同。通过按这种方式设定，从而在荷重作用于螺纹接头1时，在轴向上全部螺纹牙均匀地抵接而能够进行荷重传递。
需要说明的是，作为具有螺纹接头1的构造体，例如在构筑滑坡抑制桩时，在约束成为连结对象的带螺纹接头的钢管的一方的旋转的状态下，使另一方的带螺纹接头的钢管的螺纹接头1对位于一方的带螺纹接头的钢管的螺纹接头1并旋转嵌合即可。
另外，设计螺纹接头1时，有以下设计方法。螺纹接头的设计方法是下述螺纹接头的设计方法，所述螺纹接头位于钢管的端部并将钢管彼此接合，所述螺纹接头具有阳侧筒体和阴侧筒体，所述阳侧筒体具有由锥形螺纹形成的阳螺纹，所述阴侧筒体具有由锥形螺纹形成的阴螺纹，所述设计方法中，将阳螺纹和阴螺纹中的螺纹牙的插入牙侧面相对于钢管轴直角方向的倾斜角度设定在0度～+8度的范围内。
另外，制造螺纹接头1时，有以下制造方法。螺纹接头的制造方法是下述螺纹接头的制造方法，所述螺纹接头位于钢管的端部并将钢管彼此接合，所述螺纹接头具有阳侧筒体和阴侧筒体，所述阳侧筒体具有由锥形螺纹形成的阳螺纹，所述阴侧筒体具有由锥形螺纹形成的阴螺纹，所述制造方法中，将阳螺纹和阴螺纹中的螺纹牙的插入牙侧面相对于钢管轴直角方向的倾斜角度设定在0度～+8度的范围内。
另外，在制造具备螺纹接头1中的阳侧筒体7和阴侧筒体11的带螺纹接头的钢管时，将本发明的螺纹接头中的阳侧筒体和阴侧筒体安装于钢管的一端和另一端即可。
[倾斜角度的研究]
在本发明中，如上所述，作为螺纹牙的插入牙侧面5a、9a相对于钢管轴直角方向的倾斜角度的最佳范围，设为0度～+8度，其基于FEM解析结果而得的，以下说明该FEM解析。解析模型是钢管外径设为508mm、板厚设为23mm、筒体外径设为508mm、荷重点间距离设为1200mm的三维4点弯曲(参照图2)模型，成为如下模型：在安装于钢管3的阳侧筒体7与安装于另一方的钢管3的阴侧筒体11接合的状态下在成为等弯曲区间的中央部配置螺纹接头1，并确认由弯曲荷重导致的耐力。
另外，为了考虑非拧到底状态，将阳侧筒体7和阴侧筒体11的初始配置设为肩部7a与阴侧筒体11的前端11a的间隙成为2mm的状态。为了进一步考虑接触状态，向阳侧筒体7和阴侧筒体11提供能够进行接触判定的接触条件，在成为接触部的插入牙侧面5a、9a和承载牙侧面5b、9b中使用了下述设定的插入牙侧面间及承载牙侧面间的摩擦系数。成为考虑了钢材的弹塑性举动的接触解析弹塑性模型。
在解析中使用的插入牙侧面间及承载牙侧面间的摩擦系数设为作为滑动的条件下(例如涂布了润滑油的条件下)的钢材间的一般的摩擦系数0.1。
另外，承载牙侧面5b、9b的设定螺纹铅垂角度设为0度。一般来说，在承载牙侧面的设定螺纹铅垂角度为0度的情况下荷重传递力较高。在设定螺纹铅垂角度为负的情况下，一般是称为钩螺纹的形状，虽然能够抑制螺纹部的滑动，但由于螺纹牙的根基宽度(螺纹牙的侧面5a、9a和侧面5b、9b的根基的宽度)变小，所以螺纹部的刚性下降，容易变形。因此，难以应用于要求高耐力的构造构件(特别是滑坡抑制桩、滑坡抑制用壁、挡土壁、基础用钢管桩、钢管板桩及钢管柱)。另一方面，在设定螺纹铅垂角度为正的情况下，一般是称为梯形螺纹的形状，虽然螺纹部的刚性较高而难以变形，但容易产生螺纹部的滑动。
即，将承载牙侧面5b、9b的设定螺纹铅垂角度设为0度是由于，如果承载牙侧面5b、9b的设定螺纹铅垂角度为+10度等，则成为在拉伸侧容易脱落的条件，通过将承载牙侧面5b、9b的设定螺纹铅垂角度设为0度，从而成为在作为构造体的螺纹接头1中拉伸荷重传递力最高，且相对地在压缩侧容易脱落的条件。
通过规定在这种条件下不产生压缩侧的螺纹部的脱落并能够发挥钢材全塑性荷重的插入牙侧面5a、9a的设定螺纹铅垂角度，从而能够与承载牙侧面5b、9b的设定螺纹铅垂角度无关地规定能够抑制压缩侧的螺纹脱落的插入牙侧面5a、9a的设定螺纹铅垂角度。需要说明的是，如图6所示，钢材全塑性荷重是以预想了假想钢管19的情况下的塑性截面模量和钢材屈服应力为基础计算得到的值，所述假想钢管19是将成为接头的弱点部的阳螺纹5中的最根基侧的螺纹底中央部中的截面(参照图6的用虚线的四方形包围的部分)等效而成。
在本研究中，承载牙侧面5b、9b的设定螺纹铅垂角度相对于钢管轴直角方向66设为0度，将插入牙侧面5a、9a的设定螺纹铅垂角度设为0度、+5度、+6度、+8度、+10度这5个实例来实施。需要说明的是，与承载牙侧面的设定螺纹铅垂角度的情况下同样地，在插入牙侧面的设定螺纹铅垂角度为负的情况下，一般是称为钩螺纹的形状，能够抑制螺纹部的滑动。但是，由于螺纹牙的根基宽度变小，所以螺纹部的刚性下降，且容易变形，因此难以应用于要求高耐力的构造构件。故将其从研究除外。
在图7中示出承载牙侧面5b、9b的设定螺纹铅垂角度为0度且插入牙侧面5a、9a的设定螺纹铅垂角度为0度的情况下的解析结果。图7的纵轴是通过解析求出的荷重除以钢材的全塑性荷重而无量纲化而成的荷重比(载荷荷重/钢材全塑性荷重)，横轴是支承物(supports)中央部位移(mm)。
从图7可以看出，在插入牙侧面5a、9a的设定螺纹铅垂角度为0度的情况下，荷重比在超过1.12的地方下降。即，可知：在插入牙侧面5a、9a的设定螺纹铅垂角度为0度的情况下，表示在钢材全塑性荷重下螺纹部不会脱离，能够发挥钢材全塑性荷重。在此，将荷重比即将下降前的最大值(图7中的黑色倒三角记号的位置)称为最大荷重比。根据图7，设定螺纹铅垂角度为0度的情况下的最大荷重比成为1.12。
对于插入牙侧面5a、9a的设定螺纹铅垂角度为+5度、+6度、+8度、+10度的情况也实施同样的解析，得到与图7同样的解析结果，求出每个设定螺纹铅垂角度的最大荷重比。包括插入牙侧面5a、9a的设定螺纹铅垂角度为0度的情况，汇总每个设定螺纹铅垂角度的最大荷重比的结果，在图8的图表中示出。图8的纵轴是与图7的纵轴相同的荷重比(载荷荷重/钢材全塑性荷重)，横轴是设定螺纹铅垂角度(°)。
在图8的图表中标注虚线，所述虚线是对解析结果进行回归分析得到的结果。根据该回归分析的结果可以看出，如果设定螺纹铅垂角度为8度以下，则荷重比(载荷荷重/钢材全塑性荷重)为1以上，也就是说能够利用钢材全塑性荷重而压缩侧的螺纹部不会脱离。另一方面，可以看出：在超过8度的情况下，钢荷重比小于1，在达到钢材全塑性荷重前压缩侧的螺纹部脱离，不能利用钢材全塑性荷重。
根据以上的解析结果，证实了作为在本发明中规定的设定螺纹铅垂角度，8度以下是妥当的。
上述研究是将插入牙侧面间及承载牙侧面间的摩擦系数设为0.1的情况。这是由于，形成接头的钢材间的摩擦系数约为0.45，在其上涂布润滑油并滑动的条件下成为0.1～0.2，作为最严格的条件，使用了0.1。因此，在一般的螺纹接头中，上述结果是妥当的。
不过，如图4所示，随着插入牙侧面间或承载牙侧面间的摩擦系数变小，滑出的设定螺纹铅垂角度变小。因此，发明人为了慎重起见，对于将插入牙侧面间及承载牙侧面间的摩擦系数设为0.06的情况，对将承载牙侧面5b、9b的设定螺纹铅垂角度设为0度，将插入牙侧面5a、9a的设定螺纹铅垂角度设为0度、+3度、+4度、+8度、+10度这5个实例实施了解析。在图9中示出解析结果。在图9中也一并记载了将上述插入牙侧面间及承载牙侧面间的摩擦系数设为0.1的情况。
根据图9的图表可知：在将插入牙侧面间及承载牙侧面间的摩擦系数设为0.06的情况下，为了能够利用钢材全塑性荷重而压缩侧的螺纹部不脱离，将设定螺纹铅垂角度设定为3度以下。
由此，在插入牙侧面间的摩擦系数较特殊的情况下设计螺纹接头1时，更优选考虑插入牙侧面间的摩擦系数来设计，作为该情况下的设计方法，成为以下设计方法。下述螺纹接头的设计方法，所述螺纹接头位于钢管3的端部并将钢管3彼此接合，所述螺纹接头具有阳侧筒体7和阴侧筒体11，阳侧筒体7具有由锥形螺纹形成的阳螺纹5，阴侧筒体11具有由锥形螺纹形成的阴螺纹9，所述设计方法中，按插入牙侧面间的摩擦系数预先求出载荷荷重相对于钢材全塑性荷重之比与设定螺纹铅垂角度之间的关系，将在设计时设定的插入牙侧面间的摩擦系数下比成为1.0以上的设定螺纹铅垂角度设定为阳侧筒体7和阴侧筒体11中的螺纹牙的插入牙侧面5a、9a相对于钢管轴直角方向的倾斜角度。
另外，在插入牙侧面间的摩擦系数较特殊的情况下制造螺纹接头1时，更优选考虑插入牙侧面间的摩擦系数来形成螺纹接头，作为该情况下的制造方法，成为以下制造方法。下述螺纹接头的制造方法，所述螺纹接头位于钢管的端部并将钢管彼此接合，所述螺纹接头具有阳侧筒体和阴侧筒体，阳侧筒体具有由锥形螺纹形成的阳螺纹，阴侧筒体具有由锥形螺纹形成的阴螺纹，所述制造方法中，按插入牙侧面间的摩擦系数预先求出载荷荷重相对于钢材全塑性荷重之比与设定螺纹铅垂角度之间的关系，将在预先设定的插入牙侧面间的摩擦系数下比成为1.0以上的设定螺纹铅垂角度设定为阳侧筒体和阴侧筒体中的螺纹牙的插入牙侧面相对于钢管轴直角方向的倾斜角度。
产业上的可利用性
根据本发明，能够提供即使在肩部不接触的不完全接合状态下也能够充分地利用接头钢材的全塑性荷重而压缩侧的螺纹部不脱离的螺纹接头。另外，根据本发明，能够提供以这种螺纹接头为前提的带螺纹接头的钢管、构造体、构造体的构筑方法、滑坡抑制桩、滑坡抑制桩的施工方法、螺纹接头的设计方法、螺纹接头的制造方法及带螺纹接头的钢管的制造方法。
附图标记的说明
1 螺纹接头
3 钢管
5 阳螺纹
5a 插入牙侧面
5b 承载牙侧面
51 顶部
52 螺纹底
7 阳侧筒体
7a 肩部
9 阴螺纹
9a 插入牙侧面
9b 承载牙侧面
91 顶部
92 螺纹底
11 阴侧筒体
11a 前端
13螺纹接头(专利文献2)
15 阳螺纹
15a 插入牙侧面
15b 承载牙侧面
17 阴螺纹
17a 插入牙侧面
17b 承载牙侧面
19 假想钢管
21 锥形的梯度轴
23 梯度轴正交轴
25 钢管轴
27 钢管正交轴
P 螺纹牙的螺距
h 螺纹高度
α 倾斜角度、设定螺纹铅垂角度(相对于插入牙侧面或相对于承载牙侧面)

Claims (12)

1.螺纹接头，其位于钢管的端部并将所述钢管彼此接合，其中，所述螺纹接头具备：
阳侧筒体，其具有由锥形螺纹形成的阳螺纹；和
阴侧筒体，其具有由锥形螺纹形成的阴螺纹，
所述阳螺纹和所述阴螺纹中的螺纹牙的插入牙侧面相对于钢管轴直角方向的倾斜角度在0度～+8度的范围内。
2.根据权利要求1所述的螺纹接头，其中，
所述阳侧筒体和所述阴侧筒体中的全部螺纹牙及与之对应的螺纹底的螺距相同。
3.带螺纹接头的钢管，其以以下的(1)至(3)中的任一方式具备权利要求1或2所述的螺纹接头中的阳侧筒体和阴侧筒体，
(1)将所述阳侧筒体设置于所述钢管的至少一端的方式；
(2)将所述阴侧筒体设置于所述钢管的至少一端的方式；
(3)将所述阳侧筒体和所述阴侧筒体设置于所述钢管的一端和另一端的方式。
4.构造体，其具备权利要求1或2所述的螺纹接头和用该螺纹接头连结的多个钢管。
5.构造体的构筑方法，其是权利要求4所述的构造体的构筑方法，其中，在将成为连结对象的带螺纹接头的钢管的一方的旋转约束的状态下，将另一方的带螺纹接头的钢管的螺纹接头对位于一方的带螺纹接头的钢管的螺纹接头并进行旋转嵌合。
6.滑坡抑制桩，其具备权利要求1或2所述的螺纹接头和用该螺纹接头连结的多个钢管。
7.滑坡抑制桩的施工方法，其使用了在端部安装有权利要求1或2所述的螺纹接头的钢管，其中，所述滑坡抑制桩的施工方法以以下的(1)至(3)中的任一方式施工，
方式(1)，包括：在所需长度的全长范围挖掘用于将桩插入地基的孔的孔挖掘工序；以所述钢管的头突出的方式将钢管吊下至所挖掘的孔中，利用所述螺纹接头依次旋转接合并通过自重插入，完成规定根数的接桩后，在所述钢管的周面与地基的间隙中填充填充材料以密合于地基的工序；
方式(2)，包括：在所需长度的全长范围挖掘用于将桩插入地基的孔的孔挖掘工序；利用所述螺纹接头将所述钢管接合所需长度的钢管接合工序；及将接合的钢管插入孔中，在所述钢管的周面与地基的间隙中填充填充材料以密合于地基的工序；
方式(3)，包括：一边利用已经施工完毕的桩或反力构件接受反力一边通过旋转压入将所述钢管贯入地中的工序；将所述钢管旋转接合到贯入地中的钢管的头部的工序；及通过旋转压入将旋转接合了的钢管贯入地中的工序。
8.螺纹接头的设计方法，所述螺纹接头位于钢管的端部并将所述钢管彼此接合，所述螺纹接头具有阳侧筒体和阴侧筒体，所述阳侧筒体具有由锥形螺纹形成的阳螺纹，所述阴侧筒体具有由锥形螺纹形成的阴螺纹，
所述设计方法中，将所述阳螺纹和所述阴螺纹中的螺纹牙的插入牙侧面相对于钢管轴直角方向的倾斜角度设定在0度～+8度的范围内。
9.螺纹接头的设计方法，所述螺纹接头位于钢管的端部并将所述钢管彼此接合，所述螺纹接头具有阳侧筒体和阴侧筒体，所述阳侧筒体具有由锥形螺纹形成的阳螺纹，所述阴侧筒体具有由锥形螺纹形成的阴螺纹，
所述设计方法中，按摩擦系数预先求出载荷荷重相对于钢材全塑性荷重之比与设定螺纹铅垂角度之间的关系，将在设计时设定的摩擦系数下所述比成为1.0以上的设定螺纹铅垂角度设定为所述阳侧筒体和所述阴侧筒体中的螺纹牙的插入牙侧面相对于钢管轴直角方向的倾斜角度。
10.螺纹接头的制造方法，所述螺纹接头位于钢管的端部并将所述钢管彼此接合，所述螺纹接头具有阳侧筒体和阴侧筒体，所述阳侧筒体具有由锥形螺纹形成的阳螺纹，所述阴侧筒体具有由锥形螺纹形成的阴螺纹，
所述制造方法中，在0度～+8度的范围内形成所述阳螺纹和所述阴螺纹中的螺纹牙的插入牙侧面相对于钢管轴直角方向的倾斜角度。
11.螺纹接头的制造方法，所述螺纹接头位于钢管的端部并将所述钢管彼此接合，所述螺纹接头具有阳侧筒体和阴侧筒体，所述阳侧筒体具有由锥形螺纹形成的阳螺纹，所述阴侧筒体具有由锥形螺纹形成的阴螺纹，
所述制造方法中，按摩擦系数预先求出载荷荷重相对于钢材全塑性荷重之比与设定螺纹铅垂角度之间的关系，将在预先设定的摩擦系数下所述比成为1.0以上的设定螺纹铅垂角度形成为所述阳侧筒体和所述阴侧筒体中的螺纹牙的插入牙侧面相对于钢管轴直角方向的倾斜角度。
12.带螺纹接头的钢管的制造方法，其以以下的(1)至(3)中的任一方式安装权利要求1或2所述的螺纹接头中的阳侧筒体和阴侧筒体，
(1)将所述阳侧筒体安装于所述钢管的至少一端的方式；
(2)将所述阴侧筒体安装于所述钢管的至少一端的方式；
(3)将所述阳侧筒体和所述阴侧筒体安装于所述钢管的一端和另一端的方式。
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