由于现代结构工程中对高层和重载结构的设计要求 [1,2]，钢管混凝土 (CFST) 构件因其节省空间的优点 [3,4] 和高的承载能力 [5,6] 而被越来越广泛地应用。然而，由于山区落石和城市环境中卡车碰撞等低频但可能严重的冲击危害 [[7], [8], [9]]，CFST 构件在使用寿命期间仍然容易受到不可预测的冲击荷载的影响。因此，在结构设计时考虑 CFST 构件的抗冲击能力具有重要意义。
由于全尺寸结构部件的制作费用高昂以及现有冲击试验设施的加载能力有限，当代对钢管混凝土 (CFST) 构件侧向冲击性能的研究主要在实验室环境中对按照几何相似原理制造的小型化试样进行 [[10], [11], [12], [13]]。由此产生的一个基本科学问题是，从小型试验试样测得的抗冲击行为是否与具有相同几何比例的全尺寸原型保持严格的正比对应关系。当这种比例转换关系成立时，从缩尺模型获取的试验数据可以可靠地外推以指导实际工程构件的抗冲击设计。相反，如果这种比例映射失效，则意味着 CFST 构件的动态冲击行为受到构件尺寸的影响，即结构冲击动力学中的尺度效应 [[14], [15], [16], [17], [18], [19], [20]]。
关于结构构件中依赖尺寸的冲击行为，与针对 CFST 构件的研究成果相比，钢筋混凝土 (RC) 构件的现有研究成果要丰富和系统得多。学者们主要研究了钢筋混凝土梁 [[21], [22], [23], [24]]、板 [25,26] 和柱 [[27], [28], [29], [30]] (尺寸缩尺比 λ) 在冲击 [21,22,27,28] 或爆炸 [23,25,29] 荷载下的冲击响应尺度效应。这些研究表明，几何相似的 RC 构件在轴向 [[27], [28], [29], [30]] 或侧向 [[21], [22], [23],25,26] 响应指标（如变形破坏 [21,23,[25], [26], [27], [28], [29], [30]] 和反力 [22]）中存在尺度效应，而对冲击力 [22] 的尺度效应似乎不太明显。一个关键观察是，随着构件尺寸的增加，RC 构件的归一化位移 (d/λ) 增加，变形损伤逐渐集中在受冲击区域。归一化冲击力 (F/λ2) 的峰值和平台值变化极小，而归一化反力 (FR/λ2) 的峰值和平台值随构件尺寸增加而增加。归一化冲击持续时间 (t/λ) 也随结构尺寸的增加而延长。
在关于 CFST 构件冲击响应尺度效应的研究中，Liu 等人 [31] 数值研究了尺寸相似比为 1:10 的圆形 CFST 构件的冲击挠度尺度效应。他们发现，归一化后，较大 CFST 构件的挠度相比较小试样显著增加，表明 CFST 构件冲击变形中存在尺度效应。Zheng 等人 [32] 在考虑材料应变率敏感性的同时，考察了 CFST 构件冲击响应中的缩放效应现象。他们的发现表明，明确引入材料动态强度的应变率相关性可以缩小尺寸缩尺试样之间归一化挠度和归一化冲击力的差距，从而减轻尺寸引起的偏差幅度。目前关于 CFST 构件冲击响应尺度效应的研究仍处于初步阶段，主要集中在常见冲击响应参数随尺寸变化的可观察趋势上。驱动这些尺度效应的潜在机制尚未得到透彻分析，也未提出用于指导工程设计的尺度效应经验预测模型。
此外，在结构抗冲击性方面，各种边界条件下 [[33], [34], [35], [36], [37], [38]] 的冲击速度和冲击质量对 CFST 构件尺度效应的影响尚未得到充分阐明。现有研究主要关注隔离变量下的动态响应模式（例如固定边界或恒定冲击场景），忽略了冲击场景（速度和质量）与边界约束组合效应产生的非线性相互作用 [16,36]。实际上，冲击速度和冲击质量通过应变率效应和惯性力分布改变材料的动态本构关系 [33,34,37,38]。同时，边界条件通过重分布内力来控制弯曲刚度的退化 [39,40]。这些因素之间的多参数协同作用可能会显著加剧或减轻几何相似构件中的响应偏差。
在上述研究基础上，本工作采用参考文献 [10,12] 中记载的尺寸相似 CFST 构件的几何参数系统作为基准，并构建了一套三维有限元冲击分析模型，涵盖多种冲击速度等级、冲击质量值和支持约束形式。核心目标是系统阐明在不同边界约束场景下，冲击速度和冲击质量如何调节冲击响应指标的尺寸依赖偏差。从解耦变形模式、刚度退化、接触刚度和约束效应的角度阐明了控制冲击位移和冲击力尺度效应的潜在机制。此外，提出了一个考虑冲击速度和冲击质量影响的 CFST 构件冲击响应预测模型，为工程结构设计提供参考。
