<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.1 20151215//EN" "http://jats.nlm.nih.gov/publishing/1.1/JATS-journalpublishing1.dtd">
<article xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xml:lang="en" article-type="research-article" dtd-version="1.1">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="pmc">CMES</journal-id>
<journal-id journal-id-type="nlm-ta">CMES</journal-id>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">CMES</journal-id>
<journal-title-group>
<journal-title>Computer Modeling in Engineering &#x0026; Sciences</journal-title>
</journal-title-group>
<issn pub-type="epub">1526-1506</issn>
<issn pub-type="ppub">1526-1492</issn>
<publisher>
<publisher-name>Tech Science Press</publisher-name>
<publisher-loc>USA</publisher-loc>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">46931</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.32604/cmes.2024.046931</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Article</subject>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>A Simplified Method for the Stress Analysis of Underground Transfer Structures Crossing Multiple Subway Tunnels</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">A Simplified Method for the Stress Analysis of Underground Transfer Structures Crossing Multiple Subway Tunnels</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">A Simplified Method for the Stress Analysis of Underground Transfer Structures Crossing Multiple Subway Tunnels</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib id="author-1" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Yan</surname><given-names>Shen</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="aff-1">1</xref></contrib>
<contrib id="author-2" contrib-type="author" corresp="yes">
<name name-style="western"><surname>Geng</surname><given-names>Dajiang</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="aff-2">2</xref><email>gdj1410704@alumni.tongji.edu.cn</email></contrib>
<contrib id="author-3" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Dai</surname><given-names>Ning</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="aff-3">3</xref></contrib>
<contrib id="author-4" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Long</surname><given-names>Mingjian</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="aff-2">2</xref></contrib>
<contrib id="author-5" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Bai</surname><given-names>Zhicheng</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="aff-2">2</xref></contrib>
<aff id="aff-1"><label>1</label><institution>College of Civil Engineering, Tongji University</institution>, <addr-line>Shanghai, 200092</addr-line>, <country>China</country></aff>
<aff id="aff-2"><label>2</label><institution>China Construction 4th Engineering Bureau 6th Corp., Ltd.</institution>, <addr-line>Shanghai, 201199</addr-line>, <country>China</country></aff>
<aff id="aff-3"><label>3</label><institution>Department of Civil and Architecture Engineering, Hubei Polytechnic University</institution>, <addr-line>Huangshi, 435003</addr-line>, <country>China</country></aff>
</contrib-group>
<author-notes>
<corresp id="cor1"><label>&#x002A;</label>Corresponding Author: Dajiang Geng. Email: <email>gdj1410704@alumni.tongji.edu.cn</email></corresp>
</author-notes>
<pub-date date-type="collection" publication-format="electronic"><year>2024</year></pub-date>
<pub-date date-type="pub" publication-format="electronic"><day>11</day><month>3</month><year>2024</year></pub-date>
<volume>139</volume>
<issue>3</issue>
<fpage>2893</fpage>
<lpage>2915</lpage>
<history>
<date date-type="received"><day>19</day><month>10</month><year>2023</year>
</date>
<date date-type="accepted"><day>28</day><month>12</month><year>2023</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>&#x00A9; 2024 Yan et al.</copyright-statement>
<copyright-year>2024</copyright-year>
<copyright-holder>Yan et al.</copyright-holder>
<license xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<license-p>This work is licensed under a <ext-link ext-link-type="uri" xlink:type="simple" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">Creative Commons Attribution 4.0 International License</ext-link>, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.</license-p>
</license>
</permissions>
<self-uri content-type="pdf" xlink:href="TSP_CMES_46931.pdf"></self-uri>
<abstract>
<p>According to the design specifications, the construction of extended piles involves traversing the tunnel&#x2019;s upper region and extending to the underlying rock layer. To address this challenge, a subterranean transfer structure spanning multiple subway tunnels was proposed. Deliberating on the function of piles in the transfer structure as springs with axial and bending stiffness, and taking into account the force balance and deformation coordination conditions of beams and plates within the transfer structure, we established a simplified mechanical model that incorporates soil stratification by combining it with the Winkler elastic foundation beam model. The resolved established simplified mechanical model employed finite difference technology and the Newton-Simpson method, elucidating the mechanical mechanism of the transfer structure. The research findings suggest that the load carried by the upper structural columns can be transferred to the pile foundation beneath the beams through the transfer structure, subsequently reaching the deep soil layer and ensuring minimal impact on adjacent tunnels. The established simplified analysis method can be used for stress analysis of the transfer structure, concurrently considering soil stratification, pile foundation behavior, and plate action. The pile length, pile section size, and beam section size within the transfer structure should account for the characteristics of the upper load, ensuring an even distribution of the beam bending moment.</p>
</abstract>
<kwd-group kwd-group-type="author">
<kwd>Crossing tunnels</kwd>
<kwd>transfer structure</kwd>
<kwd>force mechanism</kwd>
<kwd>simplify analysis</kwd>
<kwd>layered soil mass</kwd>
</kwd-group>
<funding-group>
<award-group id="awg1">
<funding-source>Construction and Scientific Research Project of the Zhejiang Provincial Department of Housing and Urban-Rural Development</funding-source>
<award-id>2021K126</award-id>
</award-group>
<award-group id="awg2">
<funding-source>Scientific Research Project of China Construction 4th Engineering Bureau</funding-source>
<award-id>CSCEC4B-2022-KTA-10</award-id>
</award-group>
<award-group id="awg3">
<funding-source>Scientific Research Project of China Construction 4th Engineering Bureau</funding-source>
<award-id>CSCEC4B-2023-KTA-10</award-id>
</award-group>
<award-group id="awg4">
<funding-source>Natural Science Foundation of Hubei Province</funding-source>
<award-id>2022CFD055</award-id>
</award-group>
<award-group id="awg5">
<funding-source>National Key Research and Development Program of China</funding-source>
<award-id>2022YFC3803002</award-id>
</award-group>
</funding-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<label>1</label>
<title>Introduction</title>
<p>Given the ongoing evolution of urban construction, the practice of conducting tunnel construction in proximity to existing pile foundations and pile foundation construction near operational tunnels has become commonplace. Scholars worldwide have extensively investigated the reciprocal influence between tunnels and pile foundations [<xref ref-type="bibr" rid="ref-1">1</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-3">3</xref>]. The examination of tunnel excavation effects on nearby existing pile foundations primarily employs methods such as theoretical analysis, analysis of on-site monitoring data [<xref ref-type="bibr" rid="ref-4">4</xref>], finite element method (FEM) calculations, and physical model testing [<xref ref-type="bibr" rid="ref-5">5</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-9">9</xref>]. The theoretical analysis method predominantly employs a two-stage analysis approach. In the initial stage, column hole expansion theory, ball hole expansion theory [<xref ref-type="bibr" rid="ref-6">6</xref>], and plane hole contraction theory [<xref ref-type="bibr" rid="ref-9">9</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-10">10</xref>] were employed to deduce the displacement field of the surrounding soil resulting from tunnel excavation. In the subsequent stage, the pile foundation was treated as Winkler elastic foundation beam [<xref ref-type="bibr" rid="ref-11">11</xref>], Pasternak elastic foundation beam [<xref ref-type="bibr" rid="ref-12">12</xref>], and Kerr elastic foundation beam [<xref ref-type="bibr" rid="ref-9">9</xref>], applying the displacement field obtained in the first stage to the elastic foundation beam enables the determination of the impact of tunnel excavation on nearby existing pile foundations. In the case of U-shaped tunnels, the conformal mapping method can project them onto the unit circle, and then an analytical solution for the impact of U-shaped tunnel excavation on adjacent pile foundations can be derived by integrating the complex function method and load transfer method [<xref ref-type="bibr" rid="ref-13">13</xref>]. The analytical equation for the failure surface of the upper pile foundation&#x2019;s end-bearing layer resulting from tunnel excavation can be derived using the variational principle [<xref ref-type="bibr" rid="ref-14">14</xref>]. Given the convenience and cost-effectiveness of the finite element method, numerous studies on the impacts of tunnel excavation on nearby existing pile foundations were conducted through this method [<xref ref-type="bibr" rid="ref-15">15</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-16">16</xref>]. This encompassed an exploration of various aspects, mainly including the influence of diverse geometric parameters [<xref ref-type="bibr" rid="ref-17">17</xref>], the impact of different construction parameters [<xref ref-type="bibr" rid="ref-18">18</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-19">19</xref>], the distinct effects of tunnel excavation on individual pile and group piles [<xref ref-type="bibr" rid="ref-20">20</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-21">21</xref>], and the varied effects of the construction sequence of double-track tunnels on pile foundations [<xref ref-type="bibr" rid="ref-22">22</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-23">23</xref>].</p>
<p>Extensive research has been conducted on the influence of tunnel excavation on nearby existing pile foundations, yet there is a paucity of studies addressing the impact of pile foundation construction on adjacent existing tunnels. Wang et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-24">24</xref>] introduced an analytical solution for the longitudinal settlement of tunnels resulting from the axial loading of single pile or pile groups. This was based on the extended shear displacement method and the dual parameter elastic foundation beam model, subsequently validated through finite element numerical calculations. Lueprasert et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-25">25</xref>] explored the impact of axial loading on nearby existing tunnels through finite element numerical calculation methods. Liu et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-26">26</xref>] employed the tunnel project of Wuxi Metro Line 2 in China as the background. They utilized finite element numerical calculation methods and integrated on-site measured data to elucidate the impact mechanism of static pile pressing on the existing subway tunnel structure. Gao et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-27">27</xref>] analyzed the impact of a pile foundation construction method combining Benoto bored pile and conventional circulating mud construction technology on adjacent tunnels. They employed on-site monitoring methods, with the Nanjing subway tunnel serving as the study background.</p>
<p>The use of a one-column-one pile foundation finds diverse applications in engineering. However, in certain cases, the design specifications may necessitate the installation of long pile foundations directly above shallow-buried tunnels. During practical construction, it becomes necessary for the pile foundation to traverse the tunnel&#x2019;s upper portion and reach the rock layer beneath, a practice that is evidently impractical. Addressing the challenge of transferring comparable column loads to deep soil without causing a substantial impact on nearby tunnels is a pressing concern in engineering. Grounded in the first phase project of the Hangzhou Convention and Exhibition Center, this paper introduces an underground transfer structure spanning multiple subway tunnels. Employing theoretical analysis methods, we established a simplified mechanical model for the transfer structure that can concurrently account for soil stratification, pile foundation behavior, and plate action. The finite difference method and Newton-Simpson method were employed to solve the established mechanical model, elucidating the mechanical mechanism of the transfer structure. The key innovations are as follows: &#x2460; Proposal of an underground transfer structure spanning multiple subway tunnels, facilitating the transfer of loads from upper structural columns to the pile foundation beneath the beams through the transfer structure, thus transmitting to the deep soil and ensuring minimal impact on adjacent tunnels. &#x2461; Provision of a simplified analysis method for the force mechanism of the transfer structure by integrating theoretical analysis methods. The established simplified analysis method in this paper is applicable for stress analysis of transfer structures, considering soil stratification, pile foundation behavior, and plate action simultaneously. &#x2462; The practical application of transfer structures and the corresponding simplified analysis methods in engineering has substantiated the effectiveness of these simplified structures and analysis approaches.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<label>2</label>
<title>Proposal of Transfer Structure</title>
<sec id="s2_1">
<label>2.1</label>
<title>Project Introduction and Difficulties</title>
<p>The upper main structure of the first phase project of the Hangzhou Convention and Exhibition Center comprises a steel structure, wherein the central corridor aligns closely with the longitudinal direction of the tunnel. The central corridor directly overlies the tunnel, with the parallel sections spanning nearly 600 m. As illustrated in <xref ref-type="fig" rid="fig-1">Fig. 1</xref>, the steel structure column of the central corridor descends directly above the tunnel structure. Considering the shallow buried depth of the tunnel at 14.4 m, employing a one-column-one pile foundation in a pile length of 75 m. Consequently, it is unfeasible to conduct pile foundation construction directly beneath the column, impeding the direct transmission of the upper load carried by the column into the foundation.</p>
<fig id="fig-1">
<label>Figure 1</label>
<caption>
<title>The relative position relationship between steel structure columns and tunnels</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46931-fig-1.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s2_2">
<label>2.2</label>
<title>Proposal of Transfer Structure</title>
<p>To seamlessly transfer the load of the steel structure column within the central corridor to the foundation, mitigating any substantial impact on adjacent tunnels, an underground transfer structure spanning multiple subway tunnels was suggested, as depicted in <xref ref-type="fig" rid="fig-2">Fig. 2</xref>. This approach ensures that the load carried by the upper structural columns is effectively transferred to the pile foundation beneath the beams through the transfer structure, subsequently reaching to the deep soil and minimizing any adverse effects on nearby tunnels.</p>
<fig id="fig-2">
<label>Figure 2</label>
<caption>
<title>Transfer structure 3D diagram</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46931-fig-2.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<label>3</label>
<title>Simplified Mechanical Model of Transfer Structure</title>
<sec id="s3_1">
<label>3.1</label>
<title>Clarification of the Transmission System</title>
<p>As illustrated in <xref ref-type="fig" rid="fig-3">Fig. 3</xref>, the transfer sequence of the transfer structure for the distributed load and self-weight of the bearing plate unfolds as follows: a portion of the load is conveyed to the longitudinal and transverse beams through the bearing plate, while another portion is transferred to the soil beneath the plate. Both the longitudinal and transverse beams bear not only the load transmitted by the bearing plate but also the vertical load transmitted from the upper structural column. Consequently, the load carried by these beams is distributed, with a segment transmitted to the soil under the beam and another segment directed to the pile foundation.</p>
<fig id="fig-3">
<label>Figure 3</label>
<caption>
<title>Transfer structure 3D diagram transfer structure plan diagram</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46931-fig-3.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s3_2">
<label>3.2</label>
<title>Establishment of Mechanical Model</title>
<p>Given that both the distributed load carried by the bearing plate and the vertical load transmitted by the upper structural column primarily pass through the pile foundation via longitudinal and transverse beams, these beams were selected as the focal analysis components. This led to a simplified mechanical model for the transverse beams, depicted in <xref ref-type="fig" rid="fig-4">Fig. 4a</xref>, and a simplified mechanical model for the longitudinal beams, illustrated in <xref ref-type="fig" rid="fig-4">Fig. 4b</xref>.</p>
<fig id="fig-4">
<label>Figure 4</label>
<caption>
<title>Simplified mechanical model: (a) Transverse beams; (b) Longitudinal beams</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46931-fig-4.tif"/>
</fig>
<p>As illustrated in <xref ref-type="fig" rid="fig-4">Fig. 4a</xref>, the upper load supported by the transverse beams encompasses three components: <inline-formula id="ieqn-1"><mml:math id="mml-ieqn-1"><mml:mrow><mml:mtext>&#x2460;</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> The vertical load transmitted by the upper structural column, denoted as <inline-formula id="ieqn-2"><mml:math id="mml-ieqn-2"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>n</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>;</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>&#x2461;</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the summation of the self-weight and the distributed load on the plate, minus the residual load borne by the soil beneath the plate&#x2014;commonly simplified for practical engineering calculations as a triangular distributed load with a maximum value of <inline-formula id="ieqn-3"><mml:math id="mml-ieqn-3"><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>;</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>&#x2462;</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the self-weight distribution load of the transverse beams, represented as <inline-formula id="ieqn-4"><mml:math id="mml-ieqn-4"><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. The upper load supported by the transverse beam is divided, with a portion transmitted to the soil beneath the beam and the remainder directed to the pile foundation. To streamline the analysis, accounting for the intricate interaction between the beam, soil, and the pile-soil system directly would result in an excessively complex solution model. Therefore, a simplified approach is proposed, wherein the pile foundation is replaced by springs featuring bending stiffness <inline-formula id="ieqn-5"><mml:math id="mml-ieqn-5"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and axial stiffness <inline-formula id="ieqn-6"><mml:math id="mml-ieqn-6"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>n</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Similarly, the soil beneath the beam is approximated by a distributed spring with axial stiffness <inline-formula id="ieqn-7"><mml:math id="mml-ieqn-7"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>As depicted in <xref ref-type="fig" rid="fig-4">Fig. 4b</xref>, the upper load supported by the longitudinal beams comprises two components: <inline-formula id="ieqn-8"><mml:math id="mml-ieqn-8"><mml:mrow><mml:mtext>&#x2460;</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the summation of the plate&#x2019;s self-weight and the distributed load on the plate, minus the residual load borne by the soil beneath the plate&#x2014;typically simplified for practical engineering calculations as a trapezoidal distributed load with a maximum value of <inline-formula id="ieqn-9"><mml:math id="mml-ieqn-9"><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>; <inline-formula id="ieqn-10"><mml:math id="mml-ieqn-10"><mml:mrow><mml:mtext>&#x2461;</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the self-weight distribution load of the longitudinal beam. Analogous to the transverse beams, longitudinal beams transmit a portion of the upper load they bear to the soil beneath the beam and the remaining portion to the pile foundation. To streamline the analysis, it is proposed to substitute the pile foundation with springs featuring bending stiffness <inline-formula id="ieqn-11"><mml:math id="mml-ieqn-11"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and axial stiffness <inline-formula id="ieqn-12"><mml:math id="mml-ieqn-12"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>n</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, while the soil under the beam is approximated by distributed springs with axial stiffness <inline-formula id="ieqn-13"><mml:math id="mml-ieqn-13"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s3_3">
<label>3.3</label>
<title>Stress Analysis of Bearing Plate</title>
<p>Assuming that the load on the upper section of the bearing plate is uniformly distributed, and likewise, the self-weight is uniformly distributed, the bottom reaction force provided by the soil is also uniformly distributed. The uniformly distributed surface load, denoted as <inline-formula id="ieqn-14"><mml:math id="mml-ieqn-14"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>ptl</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, is carried by the bearing plate.
<disp-formula id="eqn-1"><label>(1)</label><mml:math id="mml-eqn-1" display="block"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>ptl</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>pe</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>pg</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>ps</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-15"><mml:math id="mml-ieqn-15"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>pe</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> represents the surface load carried by the plate; <inline-formula id="ieqn-16"><mml:math id="mml-ieqn-16"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>pg</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> denotes the self-weight surface load of the plate.
<disp-formula id="eqn-2"><label>(2)</label><mml:math id="mml-eqn-2" display="block"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>pg</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-17"><mml:math id="mml-ieqn-17"><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-18"><mml:math id="mml-ieqn-18"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> stand for the density and thickness of the plate, respectively, <inline-formula id="ieqn-19"><mml:math id="mml-ieqn-19"><mml:mi>g</mml:mi></mml:math></inline-formula> representing the acceleration due to gravity. <inline-formula id="ieqn-20"><mml:math id="mml-ieqn-20"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>ps</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> denotes the uniformly distributed surface load corresponding to the reaction force supplied by the soil at the bottom of the plate.
<disp-formula id="eqn-3"><label>(3)</label><mml:math id="mml-eqn-3" display="block"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>ps</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>abs</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>pc</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>pc</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-21"><mml:math id="mml-ieqn-21"><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>pc</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-22"><mml:math id="mml-ieqn-22"><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> represent the void and the average deflection at the bottom of the plate. As shown in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-3">Eq. (3)</xref>, it is apparent that when the void amount <inline-formula id="ieqn-23"><mml:math id="mml-ieqn-23"><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>pc</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> at the plate&#x2019;s bottom exceeds the average deflection <inline-formula id="ieqn-24"><mml:math id="mml-ieqn-24"><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the corresponding uniformly distributed surface load <inline-formula id="ieqn-25"><mml:math id="mml-ieqn-25"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>ps</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> of the soil at the plate&#x2019;s bottom is zero&#x2014;a scenario consistent with practical expectations.</p>
<p>Upon determining the uniformly distributed surface load, <inline-formula id="ieqn-26"><mml:math id="mml-ieqn-26"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>ptl</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, borne by the bearing plate as per <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">Eq. (1)</xref>, the load is then transferred to the longitudinal and transverse beams following the bidirectional plate configuration depicted in <xref ref-type="fig" rid="fig-5">Fig. 5</xref>. By intersecting the four corners of the grid plate diagonally at a 45&#x00B0; with the centerline parallel to the longitudinal beams, each grid plate is divided into two trapezoidal plates and two triangular plates. The load on each small plate is conveyed to its supporting beam. Beyond the to the weight of the beam and other directly borne loads, the supporting longitudinal beam in the long direction carries the trapezoidal load, while the supporting transverse beam in the short direction bears the triangular load. The maximum values corresponding to trapezoidal and triangular loads are determined.</p>
<fig id="fig-5">
<label>Figure 5</label>
<caption>
<title>Load bearing plate stress model</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46931-fig-5.tif"/>
</fig>
<p><disp-formula id="eqn-4"><label>(4)</label><mml:math id="mml-eqn-4" display="block"><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>ptl</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>p0</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:math></disp-formula></p>
<p>In <xref ref-type="fig" rid="fig-4">Fig. 4</xref>, <inline-formula id="ieqn-27"><mml:math id="mml-ieqn-27"><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>p0</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-28"><mml:math id="mml-ieqn-28"><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>t0</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> represent the calculated spans for short and long spans, respectively.</p>
</sec>
<sec id="s3_4">
<label>3.4</label>
<title>Calculation of Axial Stiffness <inline-formula id="ieqn-29"><mml:math id="mml-ieqn-29"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">s</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> of Soil Spring Considering Soil Stratification</title>
<p>The pivotal step in determining soil reaction force at the plate&#x2019;s bottom involves the calculation of the axial stiffness, <inline-formula id="ieqn-30"><mml:math id="mml-ieqn-30"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, of the soil spring. The physical interpretation of the axial stiffness, <inline-formula id="ieqn-31"><mml:math id="mml-ieqn-31"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, for a soil spring is the pressure corresponding to the vertical deflection per unit area. In practical engineering, where the soil is layered, the finite compression layer model [<xref ref-type="bibr" rid="ref-28">28</xref>] proves valuable as it accounts for soil stratification. This model enables the characterization of the relationship between surface settlement and surface pressure, thereby allowing the derivation of the axial stiffness, <inline-formula id="ieqn-32"><mml:math id="mml-ieqn-32"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, for the soil spring. Consequently, an effort was made to derive an expression for the axial stiffness, <inline-formula id="ieqn-33"><mml:math id="mml-ieqn-33"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, of the soil spring, considering soil stratification through the finite compression layer model.</p>
<p>According to the finite compression layer model, the calculation formula for the settlement <italic>s</italic> of the finite compression layer foundation is [<xref ref-type="bibr" rid="ref-28">28</xref>]
<disp-formula id="eqn-5"><label>(5)</label><mml:math id="mml-eqn-5" display="block"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mover><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:math></disp-formula>where the parameters <inline-formula id="ieqn-34"><mml:math id="mml-ieqn-34"><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-35"><mml:math id="mml-ieqn-35"><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-36"><mml:math id="mml-ieqn-36"><mml:msub><mml:mover><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> represent the compressive modulus, thickness, and average additional stress of the <italic>j</italic>th soil layer, respectively. In the case of layered foundations, the additional stress, <inline-formula id="ieqn-37"><mml:math id="mml-ieqn-37"><mml:msub><mml:mover><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, can be determined through the transfer matrix method [<xref ref-type="bibr" rid="ref-29">29</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-30">30</xref>]. However, due to the method&#x2019;s complexity, and to enhance its practical applicability in engineering, the Boussinesq solution for the elastic half-space problem was adopted. Specifically, if a pressure, <inline-formula id="ieqn-38"><mml:math id="mml-ieqn-38"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula>, acts on a square unit area of the soil at the plate&#x2019;s bottom, the resulting additional stress at the center of the <italic>j</italic>th soil layer directly beneath the square is given by [<xref ref-type="bibr" rid="ref-29">29</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-30">30</xref>]
<disp-formula id="eqn-6a"><label>(6a)</label><mml:math id="mml-eqn-6a" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mo>&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mrow> <mml:mo>[</mml:mo> <mml:mrow><mml:mi>arctan</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2032;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2032;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2032;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow> <mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow> </mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p><xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-6a">Eq. (6a)</xref> is equivalent to
<disp-formula id="eqn-6b"><label>(6b)</label><mml:math id="mml-eqn-6b" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mo>&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>In <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-6a">Eq. (6a)</xref>, <inline-formula id="ieqn-39"><mml:math id="mml-ieqn-39"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x0027;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-40"><mml:math id="mml-ieqn-40"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-41"><mml:math id="mml-ieqn-41"><mml:mi>l</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-42"><mml:math id="mml-ieqn-42"><mml:mi>b</mml:mi></mml:math></inline-formula> are the length and width of the square, both valued 1.0 m, <inline-formula id="ieqn-43"><mml:math id="mml-ieqn-43"><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the vertical distance between the pressure <inline-formula id="ieqn-44"><mml:math id="mml-ieqn-44"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula> action position and the middle position of the <italic>j</italic>th soil layer, which can be expressed as
<disp-formula id="eqn-7"><label>(7)</label><mml:math id="mml-eqn-7" display="block"><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:math></disp-formula></p>
<p>Let,
<disp-formula id="eqn-8"><label>(8)</label><mml:math id="mml-eqn-8" display="block"><mml:mrow><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo> <mml:mrow><mml:mi>arctan</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2032;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2032;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2032;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow> <mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>Similarly, the additional stress caused by the pressure <inline-formula id="ieqn-45"><mml:math id="mml-ieqn-45"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula> in the middle of the <italic>j</italic>th soil layer directly below the square corner is [<xref ref-type="bibr" rid="ref-29">29</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-30">30</xref>]
<disp-formula id="eqn-9"><label>(9)</label><mml:math id="mml-eqn-9" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mo>&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:math></disp-formula>where
<disp-formula id="eqn-10"><label>(10)</label><mml:math id="mml-eqn-10" display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow> <mml:mo>[</mml:mo> <mml:mrow><mml:mi>arctan</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2032;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2032;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow> </mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2032;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2032;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2032;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2032;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2032;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow> <mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-11"><label>(11)</label><mml:math id="mml-eqn-11" display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-6b">Eq. (6b)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-5">Eq. (5)</xref> to obtain the settlement of the foundation directly below the center of the square:
<disp-formula id="eqn-12"><label>(12)</label><mml:math id="mml-eqn-12" display="block"><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:math></disp-formula></p>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-9">Eq. (9)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-5">Eq. (5)</xref> to obtain the settlement of the foundation directly below the square corner point as
<disp-formula id="eqn-13"><label>(13)</label><mml:math id="mml-eqn-13" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>After obtaining the settlement of the foundation directly below the center and corner of the square, the overall settlement of the foundation is approximately calculated according to the following equation:
<disp-formula id="eqn-14"><label>(14)</label><mml:math id="mml-eqn-14" display="block"><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:msup><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>The axial stiffness <inline-formula id="ieqn-46"><mml:math id="mml-ieqn-46"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> of soil spring can be seen as the ratio of pressure <inline-formula id="ieqn-47"><mml:math id="mml-ieqn-47"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula> to settlement <inline-formula id="ieqn-48"><mml:math id="mml-ieqn-48"><mml:mi>s</mml:mi></mml:math></inline-formula>, hence
<disp-formula id="eqn-15"><label>(15)</label><mml:math id="mml-eqn-15" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:msup><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
</sec>
<sec id="s3_5">
<label>3.5</label>
<title>Calculation of Axial Stiffness <inline-formula id="ieqn-49"><mml:math id="mml-ieqn-49"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>n</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> of Pile Foundation Considering Soil Stratification</title>
<p>The axial stiffness, <inline-formula id="ieqn-50"><mml:math id="mml-ieqn-50"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>n</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, of a pile foundation is defined as the ratio of the axial force at the pile top to the settlement at the pile top. Currently, common methods for calculating single pile settlement mainly include load transfer method [<xref ref-type="bibr" rid="ref-30">30</xref>], shear displacement method [<xref ref-type="bibr" rid="ref-31">31</xref>], elastic theory method [<xref ref-type="bibr" rid="ref-32">32</xref>], boundary element method [<xref ref-type="bibr" rid="ref-33">33</xref>], finite element method, etc. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-34">34</xref>]. The load transfer method is widely employed in engineering due to its ability to account for soil stratification, requiring fewer parameters for solving, and eliminating the need for extensive numerical calculations. To maintain simplicity in calculations, the pile-soil interaction model depicted in <xref ref-type="fig" rid="fig-6">Fig. 6</xref> simulates the interaction using a series of springs, where <inline-formula id="ieqn-51"><mml:math id="mml-ieqn-51"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-52"><mml:math id="mml-ieqn-52"><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> represent the soil spring stiffness and soil layer thickness for the <italic>i</italic>th soil layer, and <inline-formula id="ieqn-53"><mml:math id="mml-ieqn-53"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the pile end spring stiffness. If the pile&#x2019;s circumference is <italic>C</italic><sub>p</sub>, the modulus is <italic>E</italic><sub>p</sub>, and the cross-sectional area is <italic>A</italic><sub>p</sub>, then the differential equation governing the pile body is</p>
<fig id="fig-6">
<label>Figure 6</label>
<caption>
<title>Pile soil vertical interaction model</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46931-fig-6.tif"/>
</fig>
<p><disp-formula id="eqn-16"><label>(16)</label><mml:math id="mml-eqn-16" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>where the symbol <inline-formula id="ieqn-54"><mml:math id="mml-ieqn-54"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> represents the variation in pile displacement with depth <inline-formula id="ieqn-55"><mml:math id="mml-ieqn-55"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula>, while <inline-formula id="ieqn-56"><mml:math id="mml-ieqn-56"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x0027;</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes the vertical stiffness of soil spring, typically varying across different soil layers. By performing segmented integration on <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-16">Eq. (16)</xref> based on soil stratification and considering the boundary conditions at the pile bottom, along with the deformation coordination conditions at the soil stratification position of the pile body, the axial stiffness of the pile top can be readily obtained [<xref ref-type="bibr" rid="ref-35">35</xref>]
<disp-formula id="eqn-17"><label>(17)</label><mml:math id="mml-eqn-17" display="block"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>n</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>tanh</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>where
<disp-formula id="ueqn-19"><mml:math id="mml-ueqn-19" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>n</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="ueqn-20"><mml:math id="mml-ueqn-20" display="block"><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>artanh</mml:mtext></mml:mrow><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="ueqn-21"><mml:math id="mml-ueqn-21" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>artanh</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>tanh</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
</sec>
<sec id="s3_6">
<label>3.6</label>
<title>Calculation of Bending Stiffness <inline-formula id="ieqn-57"><mml:math id="mml-ieqn-57"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> of Pile Foundation Considering Soil Stratification</title>
<p>The stress analysis methods for horizontally loaded piles can be broadly categorized into four groups: elastic analysis method [<xref ref-type="bibr" rid="ref-36">36</xref>], foundation reaction method [<xref ref-type="bibr" rid="ref-37">37</xref>], <italic>p</italic>-<italic>y</italic> curve method [<xref ref-type="bibr" rid="ref-38">38</xref>], and numerical analysis method [<xref ref-type="bibr" rid="ref-39">39</xref>]. In the engineering field, the <italic>m</italic> method in the foundation reaction method [<xref ref-type="bibr" rid="ref-40">40</xref>] is frequently employed. To maintain tractability, the <italic>m</italic> method is utilized for determining the bending stiffness, <inline-formula id="ieqn-58"><mml:math id="mml-ieqn-58"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, of pile foundations. As illustrated in <xref ref-type="fig" rid="fig-7">Fig. 7</xref>, the horizontally loaded foundation pile, subjected to a bending moment <inline-formula id="ieqn-59"><mml:math id="mml-ieqn-59"><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> at its top, undergoes bending deformation with depth <inline-formula id="ieqn-60"><mml:math id="mml-ieqn-60"><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> under external forces. Treating the pile foundation as a beam, and the horizontal interaction between the pile and soil is simulated through horizontal springs. In elastic foundation, the beam differential equation corresponding to the pile is</p>
<fig id="fig-7">
<label>Figure 7</label>
<caption>
<title>Pile soil lateral interaction model</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46931-fig-7.tif"/>
</fig>
<p><disp-formula id="eqn-18"><label>(18)</label><mml:math id="mml-eqn-18" display="block"><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:msup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-61"><mml:math id="mml-ieqn-61"><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the bending stiffness of the pile; <inline-formula id="ieqn-62"><mml:math id="mml-ieqn-62"><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> means the variation of horizontal displacement of the pile body with depth <inline-formula id="ieqn-63"><mml:math id="mml-ieqn-63"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula>; <inline-formula id="ieqn-64"><mml:math id="mml-ieqn-64"><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> denotes the width of the pile, for circular piles, when the diameter <italic>D</italic> &#x003C; 1 m, <inline-formula id="ieqn-65"><mml:math id="mml-ieqn-65"><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.9</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1.5</mml:mn><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, when <italic>D</italic> &#x003E; 1 m, <inline-formula id="ieqn-66"><mml:math id="mml-ieqn-66"><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.9</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1.0</mml:mn><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1.0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, for square piles, when the pile width <italic>b</italic> &#x2264; 1 m, <inline-formula id="ieqn-67"><mml:math id="mml-ieqn-67"><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1.5</mml:mn><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn></mml:math></inline-formula>, when the pile width <italic>b</italic> &#x003E; 1 m, <inline-formula id="ieqn-68"><mml:math id="mml-ieqn-68"><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1.0</mml:mn><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1.0</mml:mn></mml:math></inline-formula>; <inline-formula id="ieqn-69"><mml:math id="mml-ieqn-69"><mml:mi>m</mml:mi></mml:math></inline-formula> represents the coefficient that characterize the variation of the horizontal resistance coefficient of the foundation with depth, which is generally different for different soil layers.</p>
<p>After solving <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-18">Eq. (18)</xref> based on boundary conditions, the rotation angle of the pile at the pile top position can be obtained
<disp-formula id="eqn-19"><label>(19)</label><mml:math id="mml-eqn-19" display="block"><mml:msub><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></disp-formula></p>
<p>The boundary conditions primarily encompass those at the bottom and top of the pile, along with the coordination conditions at the soil stratification location. Assuming the bottom of the pile as a fixed end, the deflection deformation <inline-formula id="ieqn-70"><mml:math id="mml-ieqn-70"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula> and rotation angle <inline-formula id="ieqn-71"><mml:math id="mml-ieqn-71"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are both zero, satisfying the conditions
<disp-formula id="eqn-20a"><label>(20a)</label><mml:math id="mml-eqn-20a" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-20b"><label>(20b)</label><mml:math id="mml-eqn-20b" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-72"><mml:math id="mml-ieqn-72"><mml:msubsup><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is the pile length. The boundary conditions at the top of the pile are mainly force boundaries
<disp-formula id="eqn-21a"><label>(21a)</label><mml:math id="mml-eqn-21a" display="block"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:msup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-21b"><label>(21b)</label><mml:math id="mml-eqn-21b" display="block"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:msup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></disp-formula></p>
<p>At the interface between the <italic>i</italic>-th and <italic>i</italic>&#x002B;1-th soil layers, the conditions of identical bending deformation, rotation angle, bending moment, and shear force are satisfied. Once the rotation angle <inline-formula id="ieqn-73"><mml:math id="mml-ieqn-73"><mml:msub><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> at the pile&#x2019;s top is determined, the bending stiffness, <inline-formula id="ieqn-74"><mml:math id="mml-ieqn-74"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, of the pile foundation can be calculated using the following formula:
<disp-formula id="eqn-22"><label>(22)</label><mml:math id="mml-eqn-22" display="block"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:math></disp-formula></p>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<label>4</label>
<title>Solution of Simplified Mechanical Model for Transfer Structures</title>
<p>Upon elucidating the interaction among piles, plates, and soil, the next step involves resolving the transverse and longitudinal multi-span beam systems depicted in <xref ref-type="fig" rid="fig-3">Fig. 3</xref>. Presently, complex beam systems are typically addressed using methods such as finite element method [<xref ref-type="bibr" rid="ref-41">41</xref>] and finite difference method [<xref ref-type="bibr" rid="ref-42">42</xref>] are mainly used to solve. Opting for the finite difference method due to its programming convenience, this method is employed to solve the beam system illustrated in <xref ref-type="fig" rid="fig-3">Fig. 3</xref>.</p>
<sec id="s4_1">
<label>4.1</label>
<title>Center Difference Method</title>
<p>The fundamental concept of the finite difference method involves substituting differential equations and boundary conditions with difference equations. This transformation turns the solution of differential equations into the solution of linear equations, significantly mitigating the complexity of the problem-solving process. In the case of the equation<inline-formula id="ieqn-75"><mml:math id="mml-ieqn-75"><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the central difference&#x2019;s core equation is
<disp-formula id="eqn-23"><label>(23)</label><mml:math id="mml-eqn-23" display="block"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula></p>
</sec>
<sec id="s4_2">
<label>4.2</label>
<title>Finite Difference Basic Equation</title>
<p>The differential equation governing deflection in the Winkler elastic foundation beam model [<xref ref-type="bibr" rid="ref-11">11</xref>] is
<disp-formula id="eqn-24"><label>(24)</label><mml:math id="mml-eqn-24" display="block"><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>where the bending stiffness of the beam is denoted as <inline-formula id="ieqn-76"><mml:math id="mml-ieqn-76"><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>; <inline-formula id="ieqn-77"><mml:math id="mml-ieqn-77"><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> represents the deflection of the beam, with positive values indicating downwards deflection; <inline-formula id="ieqn-78"><mml:math id="mml-ieqn-78"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the vertical soil foundation coefficient; <inline-formula id="ieqn-79"><mml:math id="mml-ieqn-79"><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> signifies the width of the beam cross-section; <inline-formula id="ieqn-80"><mml:math id="mml-ieqn-80"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the top line load acting downward. The associated parameters, including the rotation angle (positive for clockwise rotation), bending moment (positive for tension on the lower side), and shear force (positive for the moment generated on adjacent sections in a clockwise direction) of the beam, are given, respectively.
<disp-formula id="eqn-25"><label>(25)</label><mml:math id="mml-eqn-25" display="block"><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-26"><label>(26)</label><mml:math id="mml-eqn-26" display="block"><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-27"><label>(27)</label><mml:math id="mml-eqn-27" display="block"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula></p>
<p>Write <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-24">Eqs. (24)</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-27">(27)</xref> as matrix expressions
<disp-formula id="eqn-28"><label>(28)</label><mml:math id="mml-eqn-28" display="block"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>Partition the foundation beam into n segments, not necessarily equal in length, with node numbers 1,2,3... and <italic>n</italic>&#x002B;1. The two ends of the <italic>i</italic>-th beam segment are designated as <italic>i</italic> and <italic>i</italic>&#x002B;1. In practical segmentation, nodes are established at points of abrupt changes in local load, such as the three key points of triangular load and the four key points of trapezoidal load, as well as the concentrated load and various support types. Denoting the length of the <italic>i</italic>-th beam segment as <italic>L</italic><sub>i</sub>, the segment must satisfy the differential equation presented in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-28">Eq. (28)</xref> at its center. Considering the central difference equation, the <italic>i</italic>-th beam segment adheres to the following linear equation system:
<disp-formula id="eqn-29"><label>(29)</label><mml:math id="mml-eqn-29" display="block"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>E</mml:mi><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>E</mml:mi><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-81"><mml:math id="mml-ieqn-81"><mml:mi>E</mml:mi><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the bending stiffness at the midpoint of the <italic>i</italic>-th beam segment; <inline-formula id="ieqn-82"><mml:math id="mml-ieqn-82"><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the distributed load value at the midpoint of the <italic>i</italic>-th beam segment; <inline-formula id="ieqn-83"><mml:math id="mml-ieqn-83"><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the width at the midpoint of the <italic>i</italic>-th beam segment.</p>
</sec>
<sec id="s4_3">
<label>4.3</label>
<title>Compatibility Condition</title>
<p>To address the beam system with multiple transverse and longitudinal spans depicted in <xref ref-type="fig" rid="fig-3">Fig. 3</xref>, it is essential not only to adhere to the fundamental linear equation system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-29">Eq. (29)</xref> but also to meet the compatibility conditions at the points of concentrated force application and at the intersection nodes of longitudinal and transverse beams.</p>
<p>For nodes subjected to concentrated forces, it is possible to establish one node on each side of the given node. The left beam segment of the node can be computed as the left node, and the right beam segment as the right node. However, the left and right nodes must adhere to compatibility conditions, ensuring uniform deflection s, identical rotation angle, consistent bending moment, and equilibrium between shear force and concentrated force on both sides. In other words, both sides must satisfy
<disp-formula id="eqn-30"><label>(30)</label><mml:math id="mml-eqn-30" display="block"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>l</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>l</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>l</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>l</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-84"><mml:math id="mml-ieqn-84"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> represents the concentrated force, with a positive orientation vertically downwards. The physical quantity with the superscript <italic>l</italic> denotes the physical quantity corresponding to the left node, while the physical quantity with the superscript <italic>r</italic> indicates the physical quantity corresponding to the right node.</p>
<p>At the intersection nodes of the longitudinal and transverse beams, illustrated in <xref ref-type="fig" rid="fig-8">Fig. 8</xref>, three primary types of nodes exist: L-shaped nodes (01, 01), T-shaped nodes (01, 02), and cross-shaped nodes (02, 02). Each node type corresponds to distinct compatibility conditions.</p>
<fig id="fig-8">
<label>Figure 8</label>
<caption>
<title>Intersection nodes of longitudinal and transverse beams</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46931-fig-8.tif"/>
</fig>
<p>The L-shaped node represented by nodes (01, 01) can be deconstructed into an upper node and a right node, both exhibiting the identical deflection. The reaction force of the rotating spring support at the right node is equilibrated with the bending moment of the right node. Similarly, the reaction force of the rotating spring support at the upper node is counterbalanced by the bending moment of the upper node. Additionally, the reaction force of the vertical spring support is harmonized with the shear force and vertical concentrated force of the upper right two nodes. This configuration ensures
<disp-formula id="eqn-31a"><label>(31a)</label><mml:math id="mml-eqn-31a" display="block"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>where the physical quantity denoted by a superscript <italic>t</italic> corresponds to the upper node. Similarly, the L-shaped nodes depicted in nodes (01, 05) adhere to
<disp-formula id="eqn-31b"><label>(31b)</label><mml:math id="mml-eqn-31b" display="block"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>l</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>l</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>l</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>l</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>Node (04, 01) satisfies
<disp-formula id="eqn-31c"><label>(31c)</label><mml:math id="mml-eqn-31c" display="block"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>where the physical quantity represented by a superscript <italic>b</italic> corresponds to the lower node. Node (04, 05) adheres to
<disp-formula id="eqn-31d"><label>(31d)</label><mml:math id="mml-eqn-31d" display="block"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>l</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>l</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>l</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>l</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>For the T-shaped nodes represented in nodes (01, 02), they can be deconstructed into right, upper, and left nodes. The deflection among these three nodes is identical. The rotation angles of the right and left nodes are equal, and the bending moment of the spring support at the right and left nodes is counterbalanced by the bending moment at these respective nodes. Moreover, the reaction force of the rotating spring support at the upper nodes is equilibrated with the bending moment at the upper nodes. The reaction force of the vertical spring support is also harmonized with the shear force and the vertical concentrated force <inline-formula id="ieqn-85"><mml:math id="mml-ieqn-85"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> at the three nodes. This configuration ensures
<disp-formula id="eqn-32a"><label>(32a)</label><mml:math id="mml-eqn-32a" display="block"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>l</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>l</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>l</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>l</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>Similarly, the T-shaped nodes shown in nodes (02, 01) satisfy
<disp-formula id="eqn-32b"><label>(32b)</label><mml:math id="mml-eqn-32b" display="block"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>the T-shaped nodes shown in nodes (02, 05) satisfy
<disp-formula id="eqn-32c"><label>(32c)</label><mml:math id="mml-eqn-32c" display="block"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>l</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>l</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>l</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>l</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>the T-shaped nodes shown in nodes (04, 02) satisfy
<disp-formula id="eqn-32d"><label>(32d)</label><mml:math id="mml-eqn-32d" display="block"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>l</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>l</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>l</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>l</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>The cross shaped nodes illustrated in nodes (02, 02) can be deconstructed into upper, left, lower, and right nodes, adhering to the requirements of four nodes with identical deflection, upper and lower nodes sharing the same rotation angle, and the left and right nodes also possessing identical rotation angles. The reaction force of the rotating spring support at the upper and lower nodes is counterbalanced by the bending moment of the upper and lower nodes, while the reaction force of the rotating spring support at the left and right nodes is harmonized with the bending moment of the left and right nodes. The reaction force of the vertical spring support is equilibrated with the shear force at all four nodes and the vertical concentrated force <inline-formula id="ieqn-86"><mml:math id="mml-ieqn-86"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, thus satisfying
<disp-formula id="eqn-33"><label>(33)</label><mml:math id="mml-eqn-33" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>l</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>l</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>l</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>l</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
</sec>
<sec id="s4_4">
<label>4.4</label>
<title>Calculation and Processing of Distributed Load on Beams</title>
<p>In principle, upon the completion of the beam system discretization, a comprehensive linear equation system is formulated by amalgamating <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-29">Eq. (29)</xref> with compatibility conditions <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-30">Eqs. (30)</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-33">(33)</xref>. The resolution of this linear equation system yields the deflection, rotation angle, bending moment, and shear force at each node, facilitating the determination of internal forces and deformations in the foundation beam corresponding to the transfer structure. However, before undertaking the solution process, it is imperative to ascertain the distributed load on the beam, encompassing the beams&#x2019; self-weight and the line load transmitted from the bearing plate to the longitudinal and transverse beams. Calculating the self-weight of the beam is straightforward, with the primary focus directed toward elucidating the line load transmitted by the bearing plate to the longitudinal and transverse beams.</p>
<p>Substitute <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-2">Eqs. (2)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-3">(3)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">Eq. (1)</xref> to derive the line load transmitted from the bearing plate to the longitudinal and transverse beams.
<disp-formula id="eqn-34"><label>(34)</label><mml:math id="mml-eqn-34" display="block"><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>pe</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>abs</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>pc</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>pc</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>p0</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:math></disp-formula></p>
<p>Considering the specific transfer structure within a particular stratum, known quantities include the surface load <inline-formula id="ieqn-87"><mml:math id="mml-ieqn-87"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>pe</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, plate density <inline-formula id="ieqn-88"><mml:math id="mml-ieqn-88"><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, gravity acceleration <inline-formula id="ieqn-89"><mml:math id="mml-ieqn-89"><mml:mi>g</mml:mi></mml:math></inline-formula>, plate thickness <inline-formula id="ieqn-90"><mml:math id="mml-ieqn-90"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, axial stiffness of soil spring <inline-formula id="ieqn-91"><mml:math id="mml-ieqn-91"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, plate bottom clearance <inline-formula id="ieqn-92"><mml:math id="mml-ieqn-92"><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>pc</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and calculated span <inline-formula id="ieqn-93"><mml:math id="mml-ieqn-93"><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>p0</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> of beam short span that the plate surface bears are all known quantities. The average deflection <inline-formula id="ieqn-94"><mml:math id="mml-ieqn-94"><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> at the bottom of the plate is associated with the deflection of the adjacent beams. To simplify calculations, it is assumed that the average deflection <inline-formula id="ieqn-95"><mml:math id="mml-ieqn-95"><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> at the bottom of the plate equals the average value of the center deflection of the adjacent four beams <inline-formula id="ieqn-96"><mml:math id="mml-ieqn-96"><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>bm</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> <inline-formula id="ieqn-97"><mml:math id="mml-ieqn-97"><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>bm</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> <inline-formula id="ieqn-98"><mml:math id="mml-ieqn-98"><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>bm</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> <inline-formula id="ieqn-99"><mml:math id="mml-ieqn-99"><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>bm</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, satisfying
<disp-formula id="eqn-35"><label>(35)</label><mml:math id="mml-eqn-35" display="block"><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>bm</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>bm</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>bm</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>bm</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>By substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-35">Eq. (35)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-34">Eq. (34)</xref>, we can establish the relationship between the line load transmitted by the bearing plate to the longitudinal and transverse beams and the deflection at the center of the beam
<disp-formula id="eqn-36"><label>(36)</label><mml:math id="mml-eqn-36" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>pe</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>abs</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>bm</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>bm</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>bm</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>bm</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>pc</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>bm</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>bm</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>bm</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>bm</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>pc</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>p0</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>By synthesizing <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-29">Eqs. (29)</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-33">(33)</xref>, and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-36">(36)</xref>, a nonlinear equation system is derived for the deflection, rotation angle, bending moment, shear force, and line load transmitted from the bearing plate to the longitudinal and transverse beams. The Newton Simpson iteration method [<xref ref-type="bibr" rid="ref-41">41</xref>] can be applied to solve this equation, facilitating the solution for the internal forces and deformations of the foundation beams corresponding to the transfer structure.</p>
</sec>
<sec id="s4_5">
<label>4.5</label>
<title>Solving Process</title>
<p>In summary, the process for establishing and solving solution the transformational structural mechanics model is depicted in <xref ref-type="fig" rid="fig-9">Fig. 9</xref>. Initially, the geometric and physical-mechanical parameters of the piles, longitudinal beams, transverse beams, and plates are determined for both the original and transfer structure. The formation parameters encompass the thickness of soil layers, the compression modulus for each layer of soil, the coefficient of horizontal resistance varying with depth, the vertical stiffness for each soil layer, and the spring stiffness of the pile end soil. The pile parameters mainly include diameter, length, elastic modulus, and pile end soil stiffness. The parameters of longitudinal and transverse beams comprise length, width, height, density, elastic modulus, and the concentrated force transmitted by the structural column to the beam. The plate parameters include uniformly distributed external load on the plate surface, density, thickness, and the void at the bottom of the plate. Subsequently, based on the geological parameters, <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-15">Eq. (15)</xref> is employed to determine the axial stiffness <inline-formula id="ieqn-100"><mml:math id="mml-ieqn-100"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> of the soil spring, accounting for soil stratification. Utilizing the geological and pile foundation parameters, <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-17">Eqs. (17)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-22">(22)</xref> are applied to obtain the axial stiffness <inline-formula id="ieqn-101"><mml:math id="mml-ieqn-101"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>n</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and flexural stiffness <inline-formula id="ieqn-102"><mml:math id="mml-ieqn-102"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> of the pile foundation, considering soil stratification. The longitudinal and transverse beam system is discretized, and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-29">Eq. (29)</xref> is established for each beam segment element. Compatibility <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-30">Eqs. (30)</xref> to <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-33">(33)</xref> is formulated based on the compatibility conditions at points of concentrated force action and the intersection nodes of longitudinal and transverse beams. <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-36">Eq. (36)</xref> is derived from the coordination equation. Finally, the difference equation, compatibility equation, and beam-plate coordination equation are combined to form a nonlinear equation system. This system incorporates unknown variables such as deflection, rotation angle, bending moment, shear force, and line load transmitted from the bearing plate to the longitudinal and transverse beams. The Newton-Simpson iteration method is then applied to solve the nonlinear equation system, enabling the determination of the internal force and deformation of the foundation beam and achieving the solution for the transformational structural mechanics model.</p>
<fig id="fig-9">
<label>Figure 9</label>
<caption>
<title>Mechanical model establishment and solution process</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46931-fig-9.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
<sec id="s5">
<label>5</label>
<title>Application of Simplified Mechanical Model for Transfer Structure</title>
<sec id="s5_1">
<label>5.1</label>
<title>Model Parameters</title>
<p>To facilitate the seamless transfer of the load from the central corridor steel structure column to the foundation while minimizing impact on the adjacent tunnel, a transfer structure, illustrated in <xref ref-type="fig" rid="fig-2">Fig. 2</xref>, was implemented during the initial phase of the Hangzhou Convention and Exhibition Center project. <xref ref-type="table" rid="table-1">Table 1</xref> presents the pertinent parameters of the strata within which the transfer structure is situated.</p>
<table-wrap id="table-1">
<label>Table 1</label>
<caption>
<title>Soil layer related mechanical parameters</title>
</caption>
<table frame="hsides">
<colgroup>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th>Soil layer name</th>
<th>Thickness <inline-formula id="ieqn-103"><mml:math id="mml-ieqn-103"><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> (m)</th>
<th>Compression modulus <inline-formula id="ieqn-104"><mml:math id="mml-ieqn-104"><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> (MPa)</th>
<th>Vertical stiffness of soil spring <inline-formula id="ieqn-105"><mml:math id="mml-ieqn-105"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (MN/m<sup>3</sup>)</th>
<th><italic>m</italic> value (MN/m<sup>4</sup>)</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td>Plain fill</td>
<td>0.50</td>
<td>8.79</td>
<td>15.00</td>
<td>24.51</td>
</tr>
<tr>
<td>Sandy silt</td>
<td>32.70</td>
<td>8.34</td>
<td>25.21</td>
<td>42.31</td>
</tr>
<tr>
<td>Silty clay</td>
<td>27.73</td>
<td>11.62</td>
<td>46.38</td>
<td>62.32</td>
</tr>
<tr>
<td>Calcareous siltstone</td>
<td>56.00</td>
<td>64.96</td>
<td>226.34</td>
<td>273.14</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>The transfer structure is horizontally segmented into 2 spans along the tunnel and vertically into 5 spans for analysis. The transverse beams boast a 16 m span and a cross-sectional profile of 1800 mm &#x00D7; 2000 mm, while the longitudinal beams feature a 9 m span and a cross-sectional specification of 600 mm &#x00D7; 1200 mm, accompanied by a plate thickness of 250 mm. Pile foundations are strategically positioned at the intersection points of longitudinal and transverse beams, each with a 0.9 m diameter. The piles on the sides extend to a length of 75 m, while those in the middle row are 78 m long. The concrete used for beams and plates is of C40 grade with elastic modulus of 3.25 &#x00D7; 10<sup>4</sup> MPa, and for piles, C45 grade concrete is employed, also with elastic modulus of 3.25 &#x00D7; 10<sup>4</sup> MPa. The soil stiffness at the pile end is considered as 210.00 MN/m, and the concrete density is set at 2500 kg/m<sup>3</sup>. The plate&#x2019;s bottom clearance is assumed to be 0.00 mm, and a uniformly distributed external load of 2.50 kPa is applied to the board surface. The location and magnitude of concentrated loads on the beams are outlined in <xref ref-type="table" rid="table-2">Table 2</xref>.</p>
<table-wrap id="table-2">
<label>Table 2</label>
<caption>
<title>Location and magnitude of external loads</title>
</caption>
<table frame="hsides">
<colgroup>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th>Distance from the leftmost node (m)</th>
<th>Concentration force (kN)</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td>11</td>
<td>3848</td>
</tr>
<tr>
<td>16</td>
<td>2827</td>
</tr>
<tr>
<td>27</td>
<td>5027</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
</sec>
<sec id="s5_2">
<label>5.2</label>
<title>Transfer Structure Stress</title>
<p>Combining the model parameters and the solution process illustrated in <xref ref-type="fig" rid="fig-9">Fig. 9</xref> facilitates the derivation of the internal force diagrams and deformation diagrams for the transfer structure, as depicted in <xref ref-type="fig" rid="fig-10">Fig. 10</xref>. To validate the proposed simplified analysis method, we present corresponding results obtained through finite element analysis in <xref ref-type="fig" rid="fig-10">Fig. 10</xref>. A clear comparison between the two methods reveals that the simplified calculation approach in this paper exhibits high accuracy and is practical for engineering calculations. The figure illustrates a maximum deflection of approximately 2.5 mm and a maximum bending moment of 7800 kN/min the middle span of the transverse beam. These extremities align closely with the positions of concentrated loads application. To optimize material strength and ensure even distribution of the bending moment along the beam length, it is advisable to consider a moderate increase in pile length at the mid-span beam position. Meanwhile, the longitudinal beam in the middle span exhibits a maximum deflection of about 2.75 mm and a maximum bending moment of 1300 kN/min. The distribution of bending moments along the beam length is notably more uniform than in the transverse beams. When designing the transfer structure, factors such as pile length, pile section size, and beam section size should be carefully considered to achieve an even distribution of bending moments. Prioritizing adjustments to the pile length is recommended for achieving uniform bending moment distribution, taking into account the practicalities of the construction process.</p>
<fig id="fig-10">
<label>Figure 10</label>
<caption>
<title>Transfer structure calculation results: (a) Mid span-transverse beam; (b) Mid span longitudinal beam</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46931-fig-10.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s5_3">
<label>5.3</label>
<title>Discussion</title>
<p><xref ref-type="sec" rid="s3_2">Section 3.2</xref> of this paper establishes a simplified analysis method for the transfer structure, treating the beam system of longitudinal and transverse beams as a Winkler elastic foundation beam. In <xref ref-type="fig" rid="fig-4">Figs. 4a</xref> and <xref ref-type="fig" rid="fig-4">4b</xref>, the pivotal aspects of Winkler elastic foundation beams involve determining the axial stiffness (<italic>k</italic><sub>s</sub>) of the soil spring, the axial stiffness <italic>K</italic><sub><italic>n</italic></sub> of the pile foundation, and the bending stiffness <italic>K</italic><sub><italic>m</italic></sub> of the pile foundation. <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-15">Eq. (15)</xref> highlights the influence of soil layering and the compressive modulus of each layer on the axial stiffness of the soil spring, significantly impacting the elastic foundation beam&#x2019;s solution results. Similarly, <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-17">Eqs. (17)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-18">(18)</xref> demonstrate that soil layering, mechanical properties of each soil layer, and pile foundation characteristics affect the axial and bending stiffness of pile foundations, consequently influencing the solution results of elastic foundation beams. In summary, soil stratification affects Winkler elastic foundation beams through the collective impact of soil spring axial stiffness, pile foundation axial stiffness, and pile foundation bending stiffness. Simultaneously, pile foundation characteristics affect Winkler elastic foundation beams through the combined influence of pile foundation axial stiffness and bending stiffness. Considering that the simplified analysis method in this paper is grounded in the Winkler elastic foundation beam model, its applicability should align with the scope of this model. Thus, it is primarily suited for relatively weak soil layers and not suitable for rock foundations.</p>
<p>The derivation process of the simplified analysis method for the transfer structure reveals that this paper approximates pile-soil interaction, beam-soil interaction, and plate-soil interaction in a linear fashion. It is evident that the derived simplified analysis method is not suitable for scenarios involving substantial deformations, such as considerable relative displacement at the pile-soil interface or extensive bending deformation of the beam. Additionally, in practical engineering applications, issues like pile foundation failure or uneven settlement may arise. To address pile foundation failure, one can simply assign zero values to the corresponding axial stiffness and bending stiffness of the pile foundation. As for uneven settlement problems of pile foundations, the simplified analysis method presented in this paper remains applicable as long as there is no significant deformation.</p>
<p>The transmission of load from the upper structure is channeled through columns to the longitudinal and transverse beams. Interactions occur between the longitudinal and transverse beams and the underlying soil, as well as between these beams and pile foundations. This sequential process effectively conveys the upper load to the soil and piles beneath the beams. As the soil beneath the beams bears the load, stress is disseminated to the deeper layers. Similarly, when the pile foundation assumes the load, it distributes it to the surrounding soil and the deeper layers through both the pile side and pile end. Clearly, this load transfer process imposes stringent demands on the connection nodes of longitudinal and transverse beams, as well as on the construction quality of piles. Any failure in nodes or pile foundations can alter the course of load transfer. Therefore, during the actual construction, it is imperative to rigorously ensure the quality of both node and pile foundation construction.</p>
<p>Given the intricate nature of soil behavior, the variability in soil properties, and the ultimate transfer of upper loads to the soil by the transfer structure, the param defining the interaction between soil and the conversion structure become pivotal in stress analysis. For enhanced safety in actual engineering design, it is advisable to prudently diminish the values of param such as <italic>E</italic><sub><italic>sj</italic></sub>, <inline-formula id="ieqn-106"><mml:math id="mml-ieqn-106"><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, and <italic>m</italic> during design analysis, for instance, by employing a reduction factor of 0.9.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s6">
<label>6</label>
<title>Conclusion</title>
<p>To address the engineering challenge of accommodating pile foundations traversing through tunnels, a subterranean transfer structure spanning multiple subway tunnels is proposed. This study offers a streamlined analysis approach to elucidate the force mechanism within the transfer structure by amalgamating various theoretical analysis methods. The primary conclusions are as follows:</p>
<p>(1) The vertical load imposed on the upper structural columns is transmitted through the transfer structure to the pile foundation beneath the beams, subsequently transferring to the deep soil. This process ensures minimal impact on adjacent tunnels.</p>
<p>(2) The simplified analysis method established in this study facilitates stress analysis of transfer structures, concurrently considering soil stratification, pile foundation behavior, and plate action.</p>
<p>(3) When designing the transfer structure, careful consideration of pile length, pile section size, and beam section size is essential to accommodate the characteristics of the upper load, ensuring an even distribution of the beam bending moment.</p>
<p>The paper introduces an innovative underground transfer structure spanning multiple subway tunnels and employs theoretical analysis methods to elucidate its stress mechanism However, practical engineering often seeks to minimize engineering costs while maintaining safety. The optimization of the design for underground transfer structures with numerous variables to reduce engineering costs represents a valuable avenue for future research. Intelligent optimization methods are recommended for achieving optimal designs in the future transfer structure projects.</p>
</sec>
</body>
<back>
<ack>
<p>This work was supported by the Construction and Scientific Research Project of the Zhejiang Provincial Department of Housing and Urban-Rural Development; the Scientific Research Project of China Construction 4th Engineering Bureau; and the Natural Science Foundation of Hubei Province. The financial support is greatly appreciated.</p>
</ack>
<sec><title>Funding Statement</title>
<p>This work was supported by the Construction and Scientific Research Project of the Zhejiang Provincial Department of Housing and Urban-Rural Development (No. 2021K126, Granted by M.J., Long, URL: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://jst.zj.gov.cn/">https://jst.zj.gov.cn/</ext-link>); the Scientific Research Project of China Construction 4th Engineering Bureau (No. CSCEC4B-2022-KTA-10, Granted by Z.C., Bai, URL: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://4bur.cscec.com/">https://4bur.cscec.com/</ext-link>); the Scientific Research Project of China Construction 4th Engineering Bureau (No. CSCEC4B-2023-KTA-10, Granted by D.J., Geng, URL: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://4bur.cscec.com/">https://4bur.cscec.com/</ext-link>); the Natural Science Foundation of Hubei Province (No. 2022CFD055, Granted by N., Dai, URL: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://kjt.hubei.gov.cn/">https://kjt.hubei.gov.cn/</ext-link>); and the National Key Research and Development Program of China under Grant No. 2022YFC3803002.</p>
</sec>
<sec><title>Author Contributions</title>
<p>The authors confirm contribution to the paper as follows: study conception and design: D.J., Geng, M.J., Long; data collection: D.J., Geng, Z.C., Bai; analysis and interpretation of results: S., Yan, N., Dai; draft manuscript preparation: S., Yan, D.J., Geng. All authors reviewed the results and approved the final version of the manuscript.</p>
</sec>
<sec sec-type="data-availability"><title>Availability of Data and Materials</title>
<p>All data, models, or code that support the findings of this study are available from the corresponding author upon reasonable request.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement"><title>Conflicts of Interest</title>
<p>The authors declare that they have no conflicts of interest to report regarding the present study.</p>
</sec>
<ref-list content-type="authoryear">
<title>References</title>
<ref id="ref-1"><label>1.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Fang</surname>, <given-names>X. Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>T. F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>B. L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yuan</surname>, <given-names>R. J.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Elastic-slip interface effect on dynamic stress around twin tunnels in soil medium subjected to blast waves</article-title>. <source>Computers and Geotechnics</source><italic>,</italic> <volume>119</volume><italic>,</italic> <fpage>103301</fpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-2"><label>2.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Li</surname>, <given-names>B. L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Fang</surname>, <given-names>X. Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>T. F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yang</surname>, <given-names>S. P.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Elastic-slip interface effect on dynamic response of underwater convey tunnel in saturated poroelastic soil subjected to plane waves</article-title>. <source>Tunnelling and Underground Space Technology</source><italic>,</italic> <volume>103</volume><italic>,</italic> <fpage>103468</fpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-3"><label>3.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Fang</surname>, <given-names>X. Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ma</surname>, <given-names>H. W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhu</surname>, <given-names>C. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ding</surname>, <given-names>Q. L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhu</surname>, <given-names>Z. G.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Imperfect interface model and dynamic interaction mechanism around tunnels under seismic waves: A review</article-title>. <source>Tunnelling and Underground Space Technology</source><italic>,</italic> <volume>137</volume><italic>,</italic> <fpage>105120</fpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-4"><label>4.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Dias</surname>, <given-names>T. G. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Bezuijen</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Data analysis of pile tunnel interaction</article-title>. <source>Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering</source><italic>,</italic> <volume>141</volume><italic>(</italic><issue>12</issue><italic>),</italic> <fpage>04015051</fpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-5"><label>5.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>He</surname>, <given-names>S. Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lai</surname>, <given-names>J. X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>L. X.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Pile group response induced by adjacent shield tunnelling in clay: Scale model test and numerical simulation</article-title>. <source>Tunnelling and Underground Space Technology</source><italic>,</italic> <volume>120</volume><italic>,</italic> <fpage>104039</fpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-6"><label>6.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Yoo</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Abbas</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Interaction between two-arch tunnel and pile supported bridge-An experimental investigation</article-title>. <source>Tunnelling and Underground Space Technology</source><italic>,</italic> <volume>112</volume><italic>,</italic> <fpage>103869</fpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-7"><label>7.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Soomro</surname>, <given-names>M. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Mangi</surname>, <given-names>N.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xiong</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Kumar</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Mangnejo</surname>, <given-names>D. A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Centrifuge and numerical modelling of stress transfer mechanisms and settlement of pile group due to twin stacked tunnelling with different construction sequences</article-title>. <source>Computers and Geotechnics</source><italic>,</italic> <volume>121</volume><italic>,</italic> <fpage>103449</fpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-8"><label>8.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Marshall</surname>, <given-names>A. M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Haji</surname>, <given-names>T.</given-names></string-name></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>An analytical study of tunnel-pile interaction</article-title>. <source>Tunnelling and Underground Space Technology</source><italic>,</italic> <volume>45</volume><italic>,</italic> <fpage>43</fpage>&#x2013;<lpage>51</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-9"><label>9.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>Z. G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>C. P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jiang</surname>, <given-names>K. M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>Z. W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jiang</surname>, <given-names>Y. J.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Analytical prediction for tunnel-soil-pile interaction mechanics based on Kerr foundation model</article-title>. <source>KSCE Journal of Civil Engineering</source><italic>,</italic> <volume>23</volume><italic>,</italic> <fpage>2756</fpage>&#x2013;<lpage>2771</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-10"><label>10.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Basile</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name></person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Effects of tunnelling on pile foundations</article-title>. <source>Soils and Foundations</source><italic>,</italic> <volume>54</volume><italic>(</italic><issue>3</issue><italic>),</italic> <fpage>280</fpage>&#x2013;<lpage>295</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-11"><label>11.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Franza</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Marshall</surname>, <given-names>A. M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Haji</surname>, <given-names>T.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Abdelatif</surname>, <given-names>A. O.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Carbonari</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>A simplified elastic analysis of tunnel-piled structure interaction</article-title>. <source>Tunnelling and Underground Space Technology</source><italic>,</italic> <volume>61</volume><italic>,</italic> <fpage>104</fpage>&#x2013;<lpage>121</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-12"><label>12.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>Z. G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Huang</surname>, <given-names>M. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xu</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jiang</surname>, <given-names>Y. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>W. D.</given-names></string-name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Simplified solution for tunnel-soil-pile interaction in Pasternak&#x2019;s foundation model</article-title>. <source>Tunnelling and Underground Space Technology</source><italic>,</italic> <volume>78</volume><italic>,</italic> <fpage>146</fpage>&#x2013;<lpage>158</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-13"><label>13.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yu</surname>, <given-names>Z. W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yao</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Han</surname>, <given-names>Y. H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Responses of the ground and adjacent pile to excavation of U-shaped tunnel</article-title>. <source>Computers and Geotechnics</source><italic>,</italic> <volume>130</volume><italic>,</italic> <fpage>103919</fpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-14"><label>14.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Huang</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>Z. Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>S. Y.</given-names></string-name></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Failure mechanism of the bearing stratum at the end of a pile induced by shield tunnel excavation beneath a piled building</article-title>. <source>KSCE Journal of Civil Engineering</source><italic>,</italic> <volume>26</volume><italic>(</italic><issue>2</issue><italic>),</italic> <fpage>942</fpage>&#x2013;<lpage>954</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-15"><label>15.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Soomro</surname>, <given-names>M. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ng</surname>, <given-names>C. W. W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Memon</surname>, <given-names>N. A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Pile responses to side-by-side twin tunnelling in stiff clay: Effects of different tunnel depths relative to pile</article-title>. <source>Computers and Geotechnics</source><italic>,</italic> <volume>84</volume><italic>,</italic> <fpage>101</fpage>&#x2013;<lpage>116</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-16"><label>16.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Khabbaz</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gibson</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Fatahi</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Effect of constructing twin tunnels under a building supported by pile foundations in the Sydney central business district</article-title>. <source>Underground Space</source><italic>,</italic> <volume>4</volume><italic>(</italic><issue>4</issue><italic>),</italic> <fpage>261</fpage>&#x2013;<lpage>276</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-17"><label>17.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Soomro</surname>, <given-names>M. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hong</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ng</surname>, <given-names>C. W. W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lu</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Peng</surname>, <given-names>S. Y.</given-names></string-name></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Load transfer mechanism in pile group due to single tunnel advancement in stiff clay</article-title>. <source>Tunnelling and Underground Space Technology</source><italic>,</italic> <volume>45</volume><italic>,</italic> <fpage>63</fpage>&#x2013;<lpage>72</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-18"><label>18.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Jeon</surname>, <given-names>Y. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jeon</surname>, <given-names>S. C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jeon</surname>, <given-names>S. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lee</surname>, <given-names>C. J.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Study on the behaviour of pre-existing single piles to adjacent shield tunnelling by considering the changes in the tunnel face pressures and the locations of the pile tips</article-title>. <source>Geomechanics and Engineering</source><italic>,</italic> <volume>21</volume><italic>(</italic><issue>2</issue><italic>),</italic> <fpage>187</fpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-19"><label>19.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Li</surname>, <given-names>Y. Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>W. G.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Investigation on passive pile responses subject to adjacent tunnelling in anisotropic clay</article-title>. <source>Computers and Geotechnics</source><italic>,</italic> <volume>127</volume><italic>,</italic> <fpage>103782</fpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-20"><label>20.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Lee</surname>, <given-names>C. J.</given-names></string-name></person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Three-dimensional numerical analyses of the response of a single pile and pile groups to tunnelling in weak weathered rock</article-title>. <source>Tunnelling and Underground Space Technology</source><italic>,</italic> <volume>32</volume><italic>,</italic> <fpage>132</fpage>&#x2013;<lpage>142</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-21"><label>21.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>Z. X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Regueiro</surname>, <given-names>R. A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Pile and pile group response to tunnelling using a large diameter slurry shield-Case study in Shanghai</article-title>. <source>Computers and Geotechnics</source><italic>,</italic> <volume>59</volume><italic>,</italic> <fpage>21</fpage>&#x2013;<lpage>43</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-22"><label>22.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Huang</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sun</surname>, <given-names>Y. W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Huang</surname>, <given-names>X. Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>Y. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jiang</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Effects of different construction sequences on ground surface settlement and displacement of single long pile due to twin paralleled shield tunneling</article-title>. <source>Advances in Civil Engineering</source><italic>,</italic> <volume>2021</volume><italic>,</italic> <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>14</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-23"><label>23.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Soomro</surname>, <given-names>M. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Kumar</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xiong</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Mangnejo</surname>, <given-names>D. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Mangi</surname>, <given-names>N.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Investigation of effects of different construction sequences on settlement and load transfer mechanism of single pile due to twin stacked tunnelling</article-title>. <source>Tunnelling and Underground Space Technology</source><italic>,</italic> <volume>96</volume><italic>,</italic> <fpage>103171</fpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-24"><label>24.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>Y. X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Guo</surname>, <given-names>P. P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lin</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Simplified analytical solutions for tunnel settlement induced by axially loading single pile and pile group</article-title>. <source>Journal of Engineering Mechanics</source><italic>,</italic> <volume>147</volume><italic>(</italic><issue>12</issue><italic>),</italic> <fpage>04021116</fpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-25"><label>25.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Lueprasert</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jongpradist</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jongpradist</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Suwansawat</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Numerical investigation of tunnel deformation due to adjacent loaded pile and pile-soil-tunnel interaction</article-title>. <source>Tunnelling and Underground Space Technology</source><italic>,</italic> <volume>70</volume><italic>,</italic> <fpage>166</fpage>&#x2013;<lpage>181</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-26"><label>26.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>X. Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sang</surname>, <given-names>Y. L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhao</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Shi</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Heng</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Evaluation of effects of static pile driving on existing metro tunnel structure</article-title>. <source>Journal of Performance of Constructed Facilities</source><italic>,</italic> <volume>33</volume><italic>(</italic><issue>4</issue><italic>),</italic> <fpage>04019045</fpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-27"><label>27.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Gao</surname>, <given-names>G. Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhuang</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>K. Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chen</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Influence of Benoto bored pile construction on nearby existing tunnel: A case study</article-title>. <source>Soils and Foundations</source><italic>,</italic> <volume>59</volume><italic>(</italic><issue>2</issue><italic>),</italic> <fpage>544</fpage>&#x2013;<lpage>555</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-28"><label>28.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ai</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Cai</surname>, <given-names>J. B.</given-names></string-name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>A BEM for interaction between layered foundations and an elastic thin plate</article-title>. <source>Journal of Hunan University (Natural Sciences)</source><italic>,</italic> <volume>44</volume><italic>(</italic><issue>3</issue><italic>),</italic> <fpage>120</fpage>&#x2013;<lpage>125</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-29"><label>29.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>You</surname>, <given-names>L. Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yan</surname>, <given-names>K. Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Shi</surname>, <given-names>T. W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Man</surname>, <given-names>J. H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>N. Y.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Analytical solution for the effect of anisotropic layers/interlayers on an elastic multi-layered medium subjected to moving load</article-title>. <source>International Journal of Solids and Structures</source><italic>,</italic> <volume>172</volume><italic>,</italic> <fpage>10</fpage>&#x2013;<lpage>20</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-30"><label>30.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ravera</surname>, <given-names>E.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sutman</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Laloui</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Load transfer method for energy piles in a group with pile-soil&#x2013;slab-pile interaction</article-title>. <source>Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering</source><italic>,</italic> <volume>146</volume><italic>(</italic><issue>6</issue><italic>),</italic> <fpage>04020042</fpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-31"><label>31.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>Y. P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wu</surname>, <given-names>W. B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jiang</surname>, <given-names>G. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wen</surname>, <given-names>M. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>K. H.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>A new approach for estimating the vertical elastic settlement of a single pile based on the fictitious soil pile model</article-title>. <source>Computers and Geotechnics</source><italic>,</italic> <volume>134</volume><italic>,</italic> <fpage>104100</fpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-32"><label>32.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Bokov</surname>, <given-names>I. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Fedorovskii</surname>, <given-names>V. G.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Taking into account the soil depth inhomogeneity in calculation of the piles settlement</article-title>. <source>Soil Mechanics Foundation Engineering</source><italic>,</italic> <volume>58</volume><italic>(</italic><issue>4</issue><italic>),</italic> <fpage>267</fpage>&#x2013;<lpage>272</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-33"><label>33.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Luamba</surname>, <given-names>E. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>de Paiva</surname>, <given-names>J. B.</given-names></string-name></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Static analysis of axially loaded piles in multilayered soils using a BEM/FEM formulation</article-title>. <source>Engineering Analysis with Boundary Elements</source><italic>,</italic> <volume>135</volume><italic>,</italic> <fpage>63</fpage>&#x2013;<lpage>72</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-34"><label>34.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Lu</surname>, <given-names>Q. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ai</surname>, <given-names>Z. Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jiang</surname>, <given-names>M. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>W. J.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Time effect of vertically loaded pile groups partially embedded in multilayered cross-anisotropic fractional viscoelastic saturated soils</article-title>. <source>Engineering Analysis with Boundary Elements</source><italic>,</italic> <volume>133</volume><italic>,</italic> <fpage>19</fpage>&#x2013;<lpage>29</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-35"><label>35.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>T.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lu</surname>, <given-names>S. Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chen</surname>, <given-names>J. X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Shen</surname>, <given-names>Y. Y.</given-names></string-name></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Analytical solution on the load-settlement of single pile using the multi-linear load transfer method</article-title>. <source>Journal of Shenyang Jianzhu University (Natural Science)</source><italic>,</italic> <volume>31</volume><italic>(</italic><issue>3</issue><italic>),</italic> <fpage>442</fpage>&#x2013;<lpage>448</lpage> <comment>(In Chinese)</comment>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-36"><label>36.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhu</surname>, <given-names>M. X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>Y. B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gong</surname>, <given-names>W. M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Dai</surname>, <given-names>G. L.</given-names></string-name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Generalized solutions for axially and laterally loaded piles in multilayered soil deposits with transfer matrix method</article-title>. <source>International Journal of Geomechanics</source><italic>,</italic> <volume>17</volume><italic>(</italic><issue>4</issue><italic>),</italic> <fpage>04016104</fpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-37"><label>37.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Chiou</surname>, <given-names>J. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>You</surname>, <given-names>J. Q.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Theoretical solutions of laterally loaded fixed-head piles in elastoplastic soil considering pile-head flexural yielding</article-title>. <source>Canadian Geotechnical Journal</source><italic>,</italic> <volume>57</volume><italic>(</italic><issue>5</issue><italic>),</italic> <fpage>650</fpage>&#x2013;<lpage>660</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-38"><label>38.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Rathod</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Muthukkumaran</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sitharam</surname>, <given-names>T. G.</given-names></string-name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Effect of slope on <italic>p-y</italic> curves for laterally loaded piles in soft clay</article-title>. <source>Geotechnical and Geological Engineering</source><italic>,</italic> <volume>36</volume><italic>,</italic> <fpage>1509</fpage>&#x2013;<lpage>1524</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-39"><label>39.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Taborda</surname>, <given-names>D. M. G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zdravkovic</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Potts</surname>, <given-names>D. M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Burd</surname>, <given-names>H. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Byrne</surname>, <given-names>B. W.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Finite-element modelling of laterally loaded piles in a dense marine sand at Dunkirk</article-title>. <source>G&#x00E9;otechnique</source><italic>,</italic> <volume>70</volume><italic>(</italic><issue>11</issue><italic>),</italic> <fpage>1014</fpage>&#x2013;<lpage>1029</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-40"><label>40.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Dong</surname>, <given-names>M. M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>L. Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ge</surname>, <given-names>Y. F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Mechanical characteristics of anti-sliding pile considering comprehensive foundation coefficient of sliding bed on composite inclined rock mass</article-title>. <source>Rock and Soil Mechanics</source><italic>,</italic> <volume>38</volume><italic>(</italic><issue>10</issue><italic>),</italic> <fpage>3000</fpage>&#x2013;<lpage>3008</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-41"><label>41.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Geng</surname>, <given-names>D. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Dai</surname>, <given-names>N.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Guo</surname>, <given-names>P. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhou</surname>, <given-names>S. H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Di</surname>, <given-names>H. G.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Implicit numerical integration of highly nonlinear plasticity models</article-title>. <source>Computers and Geotechnics</source><italic>,</italic> <volume>132</volume><italic>,</italic> <fpage>103961</fpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-42"><label>42.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Loghman</surname>, <given-names>E.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Kamali</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Bakhtiari-Nejad</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Abbaszadeh</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Nonlinear free and forced vibrations of fractional modeled viscoelastic FGM micro-beam</article-title>. <source>Applied Mathematical Modelling</source><italic>,</italic> <volume>92</volume><italic>,</italic> <fpage>297</fpage>&#x2013;<lpage>314</lpage>.</mixed-citation></ref>
</ref-list>
</back></article>