Sachverhalt: A. Das Obergericht des Kantons Zürich sprach X._ am 17. November 2014 in Bestätigung des Urteils des Bezirksgerichts Pfäffikon vom 12. November 2013 der Vergewaltigung schuldig. Es verurteilte ihn unter Berücksichtigung der rechtskräftigen erstinstanzlichen Schuldsprüche wegen mehrfacher Drohung und Tätlichkeiten zu einer Freiheitsstrafe von 36 Monaten sowie einer Busse von Fr. 400.--. Es ordnete eine stationäre therapeutische Massnahme im Sinne von Art. 59 StGB an und entschied über Zivilforderungen. Das Bundesgericht hiess die Beschwerde in Strafsachen von X._ am 1. Juni 2015 gut und wies die Sache zur neuen Entscheidung an die Vorinstanz zurück, mit der Aufforderung, A._ sei persönlich einzuvernehmen (Verfahren 6B_1251/2014). B. Mit Urteil vom 26. Oktober 2015 sprach das Obergericht X._ wiederum der Vergewaltigung schuldig und verurteilte ihn unter Berücksichtigung der rechtskräftigen Schuldsprüche zu einer Freiheitsstrafe von 36 Monaten sowie einer Busse von Fr. 400.--. Es ordnete eine stationäre therapeutische Massnahme an und entschied über Schadenersatz- sowie Genugtuungsbegehren. Hinsichtlich des Schuldspruchs wegen Vergewaltigung erachtet das Obergericht zusammengefasst folgenden Sachverhalt als erwiesen: X._ stiess die gehbehinderte A._ am 26. August 2012 in einer öffentlichen Toilette auf die WC-Schüssel und zog ihr Hose sowie Unterhose herunter. Daraufhin stiess er sie auf den Boden, hielt sie an den Schultern fest, beugte sich über sie und drang gegen ihren Willen mit seinem Penis vaginal in sie ein. Als sich A._ wegdrehen konnte, packte X._ sie erneut und drang anal in sie ein. C. X._ beantragt mit Beschwerde in Strafsachen, das Urteil des Obergerichts sei vollumfänglich aufzuheben und die Sache zur neuen Beurteilung an dieses zurückzuweisen. Das Obergericht sei anzuweisen, eine vollständige gerichtliche Einvernahme von A._ durchzuführen und sie aussagepsychologisch begutachten zu lassen. Eventualiter sei er vom Vorwurf der Vergewaltigung freizusprechen und zu einer Freiheitsstrafe von vier Monaten zu verurteilen. Es sei eine ambulante Massnahme anzuordnen, die Zivilforderungen seien abzuweisen und es sei ihm eine Genugtuung zuzusprechen. Er ersucht um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung.