В основе высоконелинейного моделирования железобетонных конструкций лежит принцип композиционного моделирования железобетона, т.е. объёмное моделирование бетона и арматуры как физически самостоятельных материалов с возможностью трещинообразования бетона и упругопластических деформаций стали. Такие расчёты выполняются при усилении конструкций накладным армированием, при проектировании объемных конструкций, при разработке типовых сборных элементов, для учёта особых нагрузок и воздействий

​

В конструкторских расчётных программах железобетонные конструкции в рамках конечно-элементного моделирования рассматриваются как сплошное однородное тело. Распределение нормальных напряжений считается линейным по толщине и численно выражаются изгибающим моментом М и продольной силой N. Распределение касательных напряжений считается соответствующим формуле Д.И. Журавского и численно выражаются поперечной силой Q. Внутренние усилия M, N и Q определяются в ходе конечно-элементного моделирования. Далее, в процессоре конструктивных расчётов напряжённое состояние сплошного однородного тела декомпозируются на напряжения в бетоне и напряжения в арматуре согласно аналитическим формулам, представленным в нормативно-технических документах с учётом различной специфики:

• СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения»;

• СП 52-101-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры»;

• СП 52-102-2004 «Предварительно напряжённые железобетонные конструкции;

• СП 27.13330.2017 Бетонные и железобетонные конструкции, предназначенные для работы в условиях воздействия повышенных и высоких температур»;

• СП 41.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений».

​​

Очевидно, что подход к определению напряжений в бетоне и арматуре на основе напряжений в идеализированном сплошном однородном теле справедлив тогда, когда применимы гипотезы и допущения сопротивления материалов, что верно для изгибаемых конструкций, таких как балки или плиты, при линейной работе материалов. Но такой подход не позволяет достоверно определять напряжённое состояние железобетона сложной конфигурации, при значительных упругопластических деформациях арматуры или значительном трещинообразовании бетона.

​

Преодоление этого ограничения возможно на основе нелинейного композиционного моделирования бетона. В этом случае бетон и арматура моделируются самостоятельно с учётом геометрических параметров компоновки сечения. Напряжённое состояние в бетоне и арматуре определяется в ходе нелинейного расчета. Конструктивные расчёты арматуры в этом случае не требуются, поскольку напряжения в бетоне и в арматуре определяются явно.

​

Наибольшее практическое применение композиционного моделирования бетона находит при проектировании массивных и других конструкций сложной формы, а также для моделирования повреждений конструкций и расчётного обоснования их усиления, например, с помощью внешних систем армирования из углеродных волокон.

​