Nieliniowy (niesprężysty) model analizy metodą elementów skończonych jest tworzony przy użyciu kilku rodzajów elementów skończonych stosowanych do modelowania betonu, zbrojenia oraz przyczepności między nimi. Elementy betonu i zbrojenia są najpierw dyskretyzowane niezależnie, a następnie łączone ze sobą za pomocą więzów wielopunktowych (elementów MPC). Umożliwia to zbrojeniu zajmowanie dowolnej, względnej pozycji względem betonu. Jeżeli ma być obliczana weryfikacja długości zakotwienia, między zbrojeniem a elementami MPC wstawiane są elementy sprężyste przyczepności i zakotwienia na końcu pręta.

Beton
Beton jest modelowany za pomocą czworokątnych i trójkątnych elementów powłokowych, CQUAD4 i CTRIA3. Mogą być one zdefiniowane odpowiednio przez cztery lub trzy węzły. Zakłada się, że w tych elementach występuje jedynie płaski stan naprężenia, tj. naprężenia lub odkształcenia w kierunku z nie są uwzględniane.
Każdy element ma cztery lub trzy punkty całkowania, które są umieszczone w przybliżeniu w 1/4 jego wielkości. W każdym punkcie całkowania w każdym elemencie obliczane są kierunki odkształceń głównych α1, α2. W obu tych kierunkach naprężenia główne σc1, σc2 oraz sztywności E1, E2 są wyznaczane zgodnie z podanym wykresem naprężenie-odkształcenie betonu, jak na rys. 2. Należy zauważyć, że wpływ efektu compression softening sprzęga zachowanie głównego kierunku ściskania z aktualnym stanem drugiego kierunku głównego.
Zbrojenie
Pręty zbrojeniowe są modelowane za pomocą dwuwęzłowych elementów prętowych 1D „rod” (CROD), które mają jedynie sztywność osiową. Elementy te są połączone ze specjalnymi elementami „przyczepności”, które zostały opracowane w celu modelowania zachowania poślizgu między prętem zbrojeniowym a otaczającym betonem. Te elementy przyczepności są następnie łączone za pomocą elementów MPC (więzów wielopunktowych) z siatką reprezentującą beton. Takie podejście umożliwia niezależną dyskretyzację zbrojenia i betonu, przy czym ich wzajemne połączenie zapewnione jest później.
Elementy przyczepności
Długość zakotwienia jest weryfikowana poprzez zaimplementowanie naprężeń stycznych przyczepności między elementami betonu (2D) a elementami prętów zbrojeniowych (1D) w modelu elementów skończonych. W tym celu opracowano typ elementu skończonego „przyczepności”.
Definicja elementu przyczepności jest podobna do definicji elementu powłokowego (CQUAD4). Jest on również zdefiniowany przez 4 węzły, ale w przeciwieństwie do powłoki, ma on niezerową sztywność jedynie na ścinanie między dwoma górnymi i dwoma dolnymi węzłami. W modelu górne węzły są połączone z elementami reprezentującymi zbrojenie, a dolne węzły z elementami reprezentującymi beton. Zachowanie tego elementu jest opisane przez naprężenie przyczepności, τb, jako funkcję dwuliniową poślizgu między górnymi i dolnymi węzłami, δu, patrz rys. 14.
Sprężysty moduł sztywności zależności przyczepność-poślizg, Gb, jest zdefiniowany następująco:
gdzie:
kg współczynnik zależny od powierzchni pręta zbrojeniowego (domyślnie kg = 0,2)
Ec moduł sprężystości betonu (przyjmowany jako Ecm w przypadku EN)
Ø średnica pręta zbrojeniowego
Wartości obliczeniowe (wartości zredukowane) granicznego naprężenia stycznego przyczepności, fbd, podane w odpowiednio wybranych normach projektowych EN 1992-1-1 lub ACI 318-19, są wykorzystywane do weryfikacji długości zakotwienia. Umocnienie gałęzi plastycznej jest domyślnie obliczane jako Gb/105.
Sprężyna zakotwienia
Zastosowanie zakończeń zakotwienia prętów zbrojeniowych (tj. odgięć, haków, pętli…), spełniające wymagania norm projektowych, umożliwia redukcję podstawowej długości zakotwienia prętów (lb,net) o pewien współczynnik β (zwany dalej „współczynnikiem zakotwienia”). Wartość obliczeniowa długości zakotwienia (lb) jest następnie obliczana w następujący sposób:
Zamierzona redukcja lb,net jest równoważna aktywacji pręta zbrojeniowego na jego końcu przy określonym procencie jego maksymalnej nośności, danym przez współczynnik redukcji zakotwienia, jak pokazano na rys. 15a.
Redukcja długości zakotwienia jest uwzględniona w modelu elementów skończonych za pomocą elementu sprężystego na końcu pręta (rys. 15), który jest zdefiniowany przez model konstytutywny pokazany na rys. 15b. Maksymalna siła przenoszona przez tę sprężynę (Fau) wynosi:
gdzie:
β współczynnik zakotwienia zależny od typu zakotwienia,
As przekrój poprzeczny pręta zbrojeniowego,
fyd wartość obliczeniowa (wartość zredukowana) granicy plastyczności zbrojenia.
