Citation: 9C_587/2014 E. A

A.a. A.________, né en 1962, travaillait en qualité de maçon-coffreur pour le compte de la société B.________ SA. Le 20 mai 1997, à la suite d'un blocage soudain de la colonne lombaire, il a été mis en arrêt de travail complet. Le 6 juillet 1998, il a repris l'activité de maçon-coffreur à 50 % au service de la société C.________ SA, avant de subir une incapacité totale de travail à partir du 16 septembre 2003. Après que A.________ a présenté une demande de prestations de l'assurance-invalidité, le 6 juillet 1998, l'Office de l'assurance-invalidité pour le canton de Vaud (ci-après: l'office AI) a requis l'avis du docteur D.________, spécialiste FMH en chirurgie orthopédique et médecin traitant de l'assuré. Le médecin a diagnostiqué des lombalgies chroniques, une discopathie L4-L5 et une coxa profunda bilatérale; il a considéré que les douleurs persistantes, sans constatation d'un déficit neurologique ou moteur, empêchaient l'assuré d'exercer une activité professionnelle (rapports des 23 novembre 1998 et 25 octobre 1999). L'administration a par ailleurs mis en oeuvre un stage d'évaluation au Centre d'observation professionnelle de l'assurance-invalidité de U.________ (COPAI), du 3 au 8 septembre 2001 (rapports de stage du 11 octobre 2001 et du docteur E.________, médecin-conseil, du 8 octobre 2001). Le 4 mars 2002, l'assuré a été soumis à un examen clinique pluridisciplinaire auprès du Service médical régional de l'AI (SMR), dont les médecins ont considéré que les troubles statiques et dégénératifs cervico-dorso-lombaires étagés et le trouble somatoforme douloureux dont souffrait A.________ ne faisaient pas obstacle à l'exercice à plein temps d'une activité adaptée aux limitations décrites (rapport du 7 mars 2002). Par décision du 8 mai 2002, l'office AI a nié le droit de l'assuré à une rente, compte tenu d'un taux d'invalidité (de 25 %) insuffisant pour prétendre à cette prestation. Sur recours successifs de A.________ au Tribunal cantonal des assurances du canton de Vaud (aujourd'hui, Tribunal cantonal du canton de Vaud, Cour des assurances sociales), puis au Tribunal fédéral des assurances (aujourd'hui, Tribunal fédéral), la décision du 8 mai 2002 a été annulée et la cause renvoyée à l'office AI pour complément d'instruction sous la forme d'une expertise médicale et nouvelle décision (arrêt I 248/05 du 7 novembre 2005). A.b. Reprenant l'instruction de la cause, l'office AI a confié une expertise au Centre d'Expertise Médicale de V.________ (ci-après: le CEMed), qui a été rendue le 28 septembre 2006. Les docteurs F.________, spécialiste FMH en rhumatologie, G.________, spécialiste FMH en psychiatrie et psychothérapie, et H.________, spécialiste FMH en neurologie, n'ont fait état d'aucune atteinte invalidante à la santé. Par décision du 7 janvier 2008, l'office AI a dénié à l'intéressé le droit à une rente d'invalidité.